Запатентовано в США: аргентинские исследователи создали литиевую батарею из коровьих волос

Когда Виктория Бракамонте, Гильермина Луке и Андреа Кальдерон получили с кожевенного завода мешок коровьей шерсти с "жутким запахом мочи", они сразу подумали, что это может быть перспективным сырьем для создания литиевых батарей нового поколения. На лабораторном столе вся группа из Лаборатории устойчивой энергетики (LAES) Национального университета Кордовы (UNC) приступила к работе, и результат оказался успешным, сообщает агентство Uniciencia: "Первым шагом было использование коровьей шерсти для получения биочара. Но сначала "любопытный материал должен был пройти более внутренние процессы". "Коровью шерсть мы получили от знакомого, который работает на кожевенном заводе. Первой задачей было промыть волосы, чтобы вывести мочу. В библиографии ничего не было, и я решил принести ее домой и постирать в стиральной машине в маленьком пакетике. Затем я промыл их еще раз, чтобы удалить остатки мыла", - рассказывает 38-летний Бракамонте, доктор химических наук, исследователь компании Conicet и профессор факультета химических наук UNC (FCQ). "Чистые волосы "варились" дважды - до температуры 500 градусов, а затем 900 градусов. Затем добавлялась сера. Все эти "рецепты". С помощью этого катода и анода из чистого лития была собрана небольшая батарейка типа часовой. "Были достигнуты отличные электрохимические показатели, что является очень перспективным для этих серных разработок. В процессе зарядки литий-серного аккумулятора происходят химические реакции, в результате которых образуются вещества (полисульфиды), разрушающие емкость, - поясняют исследователи, - однако при испытаниях с биочаром из коровьего волоса таких проблем не наблюдалось, по крайней мере, после 100 циклов зарядки-разрядки. "Нам необходимо провести дополнительные исследования. Возможно, в структуре биочара из коровьего волоса есть вещества или что-то такое, что препятствует образованию этих нежелательных веществ", - говорит Эзекиль Лейва, член LAES, исследователь Conicet и UNC. "Начальная структура волоса может влиять на конечную морфологию биочара и быть ответственной за это улучшение, - добавляет Бракамонте, - настолько, что компания Y-TEC, принадлежащая YPF и Conicet, решила запатентовать эту разработку в США. "Следующие шаги - расширение масштабов производства и соединение кожевенной и аккумуляторной отраслей для создания кругового процесса. По словам Бракамонте, "это батареи, которые могут появиться на рынке только через 10 лет, они сильно отличаются от нынешних технологий". "Разработка и испытания в промышленных масштабах потребуют времени. В любом случае, они не заменят и существующие батареи. Аккумуляторы, как сообщается, необходимы для начинающегося бума электромобилей. "Цель - преобразовать транспортный сектор, являющийся одним из основных источников парниковых газов, образующихся в результате сжигания бензина, дизельного топлива и газа. Цель - ускорить энергетический переход и уменьшить последствия изменения климата", - говорят они. Лейва, получивший в этом году премию Konex как один из 100 наиболее выдающихся аргентинских ученых последнего десятилетия, утверждает, что этот тип батарей позволит увеличить дальность хода будущих электромобилей. "Современная 200-килограммовая литиевая батарея позволяет автомобилю проехать от 160 до 200 км. Он находится всего в нескольких километрах. Литий-серные батареи позволят проехать до 400 км", - поясняет он. "В этой связи они отмечают, что кожевенные заводы являются важной отраслью, использующей национальную рабочую силу и сырье, "но они производят большое количество твердых отходов, и главным из них является коровья шерсть: на каждую тонну влажной коровьей кожи приходится 85 кг остатков шерсти". "В исследовании также принимали участие Фернандо Кометто, София Равиоло и Мелина Коццарин. Работа, на основании которой был получен патент, уже принята к публикации в журнале Chemistry Select и скоро будет доступна под названием "Sustainable Cow Hair Biocarbon-Sulfur Cathodes with Enhanced Electrochemical Performance", - говорится в статье. "Даниэль Баррако, научный сотрудник Conicet, член Laes и секретарь по науке и технологиям UNC, отмечает, что это "яркий пример того, как фундаментальная аргентинская наука может привести к важным разработкам, которые затем могут быть подхвачены местной промышленностью и, таким образом, способствовать росту экономики и квалифицированной работы". "Это были два года напряженной работы с пандемией в промежутках. Мы столкнулись с неблагоприятными ситуациями, связанными с финансированием, доступностью техники и, порой, с разочарованием. Но нам это удалось, - говорит Бракамонте, - нынешние аккумуляторы имеют графитовый анод и катод из кобальта и никеля. Последние дефицитны, дороги и загрязняют окружающую среду. При заряде ионы лития переходят на анод. Так происходит накопление энергии. Во время "использования батареи (разряда) ионы лития движутся в обратном направлении". Для получения более эффективных батарей "необходимо устранить ряд ограничений этого процесса, таких как количество циклов заряда-разряда, которое выдерживает батарея, скорость заряда и плотность энергии". При этом не снижается безопасность, т.е. исключаются перегрузки, перегрев и короткие замыкания". "Использование серы в качестве катода может привести к улучшению этих качеств, так как она является более распространенным, менее загрязняющим и менее дорогостоящим элементом. Это позволит создать более устойчивую батарею. Но для образования катода этой сере необходим скелет, к которому она могла бы прикрепиться. Одним из веществ, изучаемых для создания таких скелетов, являются биошары - углероды, получаемые при "варке" органических отходов. Биочар имеет микро- и нанопористую структуру, что обеспечивает ему большую поверхность воздействия. Это качество может повысить скорость зарядки, плотность энергии и обеспечить большую стабильность в циклах зарядки". Наконец, Баррако уверяет, что эта разработка не была серендипити, случайным открытием: "Мы сотрудничаем с Y-TEC в области разработки биошаров с 2017 года. Мы начали с крахмала маниоки, а затем перешли к более сложным исследованиям на скорлупе арахиса, риса и других".