Немецкие исследователи разработали натрий-ионный аккумулятор на основе лигнина
Аккумулятор FIAMM FG 11201
Немецкие исследователи разработали технологию натрий-ионных аккумуляторов, в которой в качестве отрицательного электрода используется твердый углерод на основе лигнина. Прототип аккумуляторного элемента емкостью 1 Ач не показал значительных признаков деградации после 100 циклов зарядки и разрядки.
Исследователи из Института керамических технологий и систем Фраунгофера (IKTS) и Йенского университета имени Фридриха Шиллера в Германии создали прототип натрий-ионного аккумулятора, в котором в качестве электродного материала используется лигнин — сложный органический полимер, содержащийся в клеточных стенках растений.
Лигнин — это побочный продукт деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности. После обработки он приобретает хорошую электропроводность, а его окислительно-восстановительные группы могут обратимо накапливать и отдавать электроны. Для использования в аккумуляторах лигнин обычно подвергают карбонизации для получения твердого углерода.
Исследовательская группа использовала лигнин, предоставленный немецкой компанией Mercer Rosenthal GmbH, специализирующейся на производстве целлюлозы, биоэнергии и биохимических веществ из древесины и другого возобновляемого сырья. Лигнин был термически преобразован в углерод в инертных условиях, после чего из него были изготовлены отрицательные электроды.
«Структура этого твердого углерода очень хорошо подходит для обратимого хранения ионов натрия, — объяснили ученые. — Твердый углерод обладает высокими электрохимическими характеристиками, хорошей циклической стабильностью и низкой стоимостью получения, особенно если он изготовлен из экологически чистого сырья».
Твердый углерод, получаемый из лигнина — побочного продукта деревообрабатывающей промышленности, — служит основой для электрода батареи Thuringian Forest.
Используя этот электродный материал, команда собрала аккумуляторные элементы емкостью 1 Ач и протестировала их в испытательном центре аккумуляторов Fraunhofer IKTS в Арнштадте, в Fraunhofer IKTS в Хермсдорфе и в Йенском университете имени Фридриха Шиллера.
«После 100 циклов зарядки и разрядки лабораторный элемент питания не показал существенной деградации. К концу проекта мы планируем продемонстрировать 200 циклов зарядки и разрядки элемента питания емкостью 1 Ач», — сказал координатор исследования Лукас Меденбах, отметив, что предлагаемая технология аккумуляторов предназначена для стационарных и мобильных систем хранения энергии.
Более подробные технические сведения о новой технологии производства аккумуляторов не приводятся.
«Цель проекта — повысить независимость от критически важного сырья и способствовать переходу на более дешевые, экологичные и безопасные аккумуляторы, — говорится в заявлении Fraunhofer IKTS. — Проект поддерживается промышленным консультативным советом, в который входят в основном региональные компании, в том числе тюрингские Mercer Rosenthal GmbH, Glatt Ingenieurtechnik GmbH, IBU-tec advanced materials AG и EAS Batteries GmbH, а также венская Petrochemical Holding GmbH».