Ученые НГТУ НЭТИ создают экологически чистые электроизоляционные материалы для суперконденсаторов
В Новосибирском государственном техническом университете НЭТИ разрабатывают электроизоляционные материалы из отечественного сырья для энергетической сферы. Работа ведется при поддержке гранта Российского научного фонда.
На сегодняшний день одна из актуальных задач в энергетической отрасли — разработка систем хранения энергии. Высоким накопительным потенциалом обладают суперконденсаторы — устройства, которые используются в электросетях, энергетическом оборудовании и в электротехнических приложениях. Суперконденсатор состоит из двух электродов, электролита и сепаратора — мембраны, которая обеспечивает прохождение ионов во время заряда и разряда и предотвращает короткое замыкание.
Как отмечает заведующий кафедрой инженерных проблем экологии НГТУ НЭТИ кандидат химических наук, доцент Николай Громов, основными поставщиками сепараторов на мировой рынок являются азиатские страны — Китай, Япония, Южная Корея. В основном сепараторы делают из полиолефинов — синтетических полимерных соединений, получаемых из углеводородов, которые, в свою очередь, добывают из нефтяного сырья. Для производства требуется большое количество невозобновляемых ресурсов, а утилизация синтетических полимеров сопровождается вредными выбросами в атмосферу. Возникает актуальная задача — разработать материалы, которые позволили бы снизить не только углеродный след, но и в целом зависимость от импорта. Один из перспективных вариантов — создание сепараторов из возобновляемой целлюлозы.
«Мы использовали биомассу мискантуса —это многолетнее травянистое растение, которое не требует высококачественных сельскохозяйственных земель, может выращиваться на болотистых почвах. Для выделения целлюлозы применили технологию каталитического фракционирования, этот метод имеет экологические преимущества — позволяет снизить количество отходов в результате переработки. Вторая задача, которая стояла в рамках проекта, — создание самих электроизоляционных мембран. Здесь также применили экологичный подход — литье мембран из целлюлозы, растворенной в ионной жидкости. Ионные жидкости называют «зелеными растворителями» из-за возможности многократного использования», — рассказал Николай Громов.
Ключевая задача проекта состоит в проверке эффективности созданных электроизоляционных материалов в суперконденсаторах. Для этого будет использован лабораторный конденсатор с углеродными электродами и водным электролитом раствора сульфата натрия. Как объяснил ученый, важно проверить такие ключевые параметры мембраны, как смачиваемость, сопротивление, ресурсные испытания.
Николай Громов добавил, что полученную целлюлозу можно модифицировать и получить эфиры целлюлозы. Из них можно отливать электроизоляционные пленки и делать сепараторы для литий ионных аккумуляторов или неводных электролитов.
В рамках проекта в следующем году предстоит оптимизация всех процессов изготовления мембран с основным акцентом на их электрохимические свойства.
