Корейские ученые повышают эффективность аккумуляторов на морской воде с помощью катализаторов на основе древесных отходов
Аккумуляторы на морской воде — это следующее поколение накопителей энергии, эффективно хранящих и высвобождающих электричество из морской воды. Ключевая задача их коммерциализации — включая экономически эффективные каталитические материалы — недавно была успешно решена исследователями из Национального института науки и технологий Ульсана (UNIST) в Южной Корее.
Группа ученых под руководством профессора Донг Вуга Ли из Школы энергетики и химической инженерии UNIST разработала высокоэффективный катализатор для аккумуляторов на морской воде, объединив мочевину с древесными отходами.
Тесты производительности нового катализатора, примененного к электродам морской ячейки, показали, что его производительность сопоставима с традиционными платиновыми катализаторами. Важно, что перенапряжение было ниже, чем у платиновых (Pt/C) катализаторов.
Доступный катализатор
Аккумуляторы на морской воде, использующие обильную морскую воду в качестве катодного материала, предлагают экономические преимущества, но страдают от медленной кинетики и высокого перенапряжения, что ограничивает эффективность. Электрокатализаторы необходимы для повышения производительности. Хотя драгоценные металлы, такие как платина, традиционно использовались в качестве катализаторов, их высокая стоимость ограничивает их масштабируемость.
Катализатор был разработан с использованием доступного лигнина и мочевины. Лигнин, побочный продукт, который составляет от 15% до 35% древесины, производится при производстве бумаги и биотоплива. Мочевина, богатая азотом, обычно встречается в промышленных сточных водах. Этот инновационный катализатор снижает перенапряжение, необходимое для элементов морской воды, и ускоряет электрохимические реакции, обеспечивая более быстрый разряд электричества.
Исследовательская группа добилась легирования азотом всей структуры лигнина, нагревая его до 800°C и реагируя с мочевиной при той же температуре. Этот процесс создал высокоэффективный катализатор, где включение азота снижает энергию, необходимую для разряда электричества, и заменяет определенные атомы углерода в матрице лигнина.
Углеродно-нейтральный подход
Более низкое перенапряжение приводит к более эффективному использованию большей доли заряжаемой энергии во время разряда. Максимальная достигнутая плотность мощности составила 15,76 мВт/см², что близко к 16,15 мВт/см² платинового катализатора, что является ключевым показателем скорости разряда.
«Мы предложили углеродно-нейтральный подход, который не только заменяет дорогостоящие катализаторы из драгоценных металлов, но и максимизирует ценность биомассы и промышленных отходов. Этот инновационный катализатор может применяться в различных системах хранения энергии, включая металл-воздушные батареи», — пояснил Ли.
Как поясняется в кратком релизе группы Ли, результаты исследования дополнительно демонстрируют потенциал лигнина и мочевины как эффективных электрокатализаторов, повышающих производительность аккумуляторов на морской воде и поддерживающих разработку устойчивых решений для хранения энергии.
В последнее время заметные
достижения привели к разработке устойчивого метода эффективного извлечения лития из морской воды, что отвечает растущему спросу на возобновляемые источники энергии.
Одним из них является устройство Solar Transspiration-Powered Lithium Extraction and Storage (STLES), которое использует солнечный свет для извлечения и хранения лития из рассола. Используя электроды из фосфата железа, которые избирательно захватывают ионы лития из соленой воды, этот метод позволяет высвобождать литий в пресную воду.
Такой подход рассматривается как более чистая альтернатива традиционной добыче лития, которая обычно включает в себя вредные химические процессы и значительное нарушение земель, что подтверждает утверждения о том, что добыча морской воды может стать более устойчивым и экологически безопасным решением.
Читайте нашу главную страницу — Взгляд в будущее, Инновации, Технологии, Наука, Новые открытия, Изобретения