Красноярские учёные разработали новые электроды для суперконденсаторов из модифицированной сосновой коры. Полученные композиты обладают высокой электронной проводимостью и способны накапливать в себе электрический заряд. Результаты исследования опубликованы в журнале Wood Science and Technology.
Кора хвойных деревьев, обладающая высокой зольностью, из-за сложности её переработки остаётся основным отходом деревообрабатывающей промышленности. В то же время она может быть ценным сырьём при производстве электродных материалов, где минеральная составляющая коры может играть роль природного катализатора в электрохимических процессах.
Учёные из ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» разработали углеродосодержащие материалы из модифицированной сосновой коры. Они обладают хорошими энергетическими характеристиками и могут использоваться в качестве электродов для суперконденсаторов – современных накапливающих энергию устройств.
Отходы сосновой коры измельчали и смешивали с водными растворами, содержащими хлорид цинка, гидрокарбонат натрия или пероксид углерода, затем подвергали термической обработке. В результате учёные получали пористые углеродосодержащие материалы с различными добавками.
После анализа характеристик синтезированных материалов специалисты Красноярского научного центра определили, что наилучшими кандидатами на роль материала для создания электрода будут композиты, изготовленные из смеси сосновой коры с добавлением хлорида цинка. Они отличаются высокой пористостью и способностью к накоплению электрического заряда благодаря наличию в структуре наночастиц оксидов металлов, а также «неоднородной электронной проводимости».
«Переработка древесной коры в электродные материалы для хранения энергии является важной вехой в зелёной химии и перспективным направлением создания новых материалов с точки зрения экологии, экономики и энергетики. Обычно энергетические характеристики углеродного материала улучшают при помощи модификации оксидами переходных металлов. Это довольно сложная и дорогостоящая процедура.
Мы предложили использовать несложный метод карбонизации и экологически чистые и недорогие реагенты для модификации коры древесины, такие как перекись водорода и гидроксид натрия, а также малотоксичный хлорид цинка. Проведённая нами модификация позволяет не только «мягко» преобразовать структуру сырья и конечного продукта, но и выявить причины влияния модификатора на накопление электрического заряда в материале.
Полученные нами материалы можно использовать в качестве экологически чистых электродов. Они имеют огромный потенциал для создания суперконденсаторов, которые способствуют накоплению и переносу электрического заряда в ходе электрохимического процесса», — прокомментировала результаты Светлана Цыганова, кандидат химических наук, старший научный сотрудник Института химии и химической технологии ФИЦ КНЦ СО РАН.
