Исследователи Института проблем горения реализовали научный проект по разработке нового метода получения нанопористого углеродного материала с заданными характеристиками на основе возобновляемых отходов растительного сырья и созданию на их основе высокоэффективных суперконденсаторов.
Одним из актуальных вызовов современной науки является повышение уровня потребления энергии, сокращение не возобновляемых энергоресурсов и загрязнение окружающей среды.
Современные технологии производства электроэнергии с использованием возобновляемых источников (воды, солнца, ветра, гравитации и т.д.) вносят вклад в обеспечение экологической и энергетической безопасности в современном технологическом обществе. Но основным недостатком данных отраслей электроэнергетики является отсутствие эффективных технологий, позволяющих накапливать и хранить производимую энергию в промышленных масштабах.
Для решения этих проблем разрабатываются применяются аккумуляторные батареи, гальванические элементы, конденсаторы и суперконденсаторы.
Каждое из этих устройств имеет свои преимущества и недостатки, связанные с возможностями их применения для накопления и хранения электрической энергии в промышленных масштабах. Суперконденсаторы обладают высокой мощностью, практически неограниченным сроком эксплуатации, рекордно высокой скоростью заряда и разряда, но уступают аккумуляторным батареям по величине удельной энергии.
Научной новизной предлагаемого проекта является разработка нового метода получения нанопористого углеродного материала с заданными характеристиками на основе возобновляемых отходов растительного сырья и создание на их основе высокоэффективных суперконденсаторов.
Цель проекта: Разработка технологий получения нанопористых углеродных материалов с заданными структурными характеристиками из отходов растительного сырья и создание на их основе высокоэффективных суперконденсаторов для различных приложений.
Полученные результаты и новизна
В результате проведенных научно-исследовательских работ выявлены закономерности влияния условий предварительной механической активации рисовой шелухи, скорлупы арахиса и грецкого ореха на изменения структурных характеристик нанопористых углеродных материалов, полученных при последующем процессе карбонизации. Получение нанопористого углерода проводилось в три этапа: предварительная механическая активация, карбонизация и химическая активация. Исследовано влияние на площадь удельной поверхности полученных нанопористых углеродных материалов таких параметров как продолжительность предварительной механической активации, температура и время термической карбонизации и термохимической активации. Оптимизированы условия получения нанопористых углеродных материалов: из рисовой шелухи с удельной поверхностью 2870-2920 м2/г, из скорлупы арахиса с удельной поверхностью 1350-1410 м2/г и из скорлупы грецкого ореха с удельной поверхностью 1440-1460 м2/г.
Основные конструктивные и технико экономические показатели
Предлагаемая авторами разработка имеет перспективу внедрения и является экономически привлекательным объектом финансирования для мелкосерийного выпуска нанопористых материалов различного назначения и суперконденсаторов на малых предприятиях, занимающихся производством риса и очищенного от внешних защитных оболочек плодов семян. Это обстоятельство в социальном и экономическом аспекте актуально для развития среднего и малого бизнеса в Казахстане и обеспечения новых рабочих мест.
Область применения
Разрабатываемые методы получения нанопористых углеродных материалов с заданными характеристиками, будут востребованы в качестве электродных материалов для суперконденсаторов, а также в качестве перспективных материалов для создания сорбентов, носителей катализаторов и систем хранения водорода и электроэнергии.
Научный проект AP08856820 «Разработка методов получения из растительных отходов нанопористых материалов с заданными характеристиками и создание на их основе высокоэффективных суперконденсаторов»
Руководитель проекта: Лесбаев Б.Т., ведущий научный сотрудник, кандидат химических наук, ассоциированный профессор.
