Дослідники з Групи дослідження твердого тіла та матеріалів розробили революційний літій-іонний конденсатор з використанням електродів, виготовлених із деревних відходів сосни, що відкриває нові перспективи для створення екологічних та економічно ефективних систем зберігання енергії.
Сталі енергетичні рішення з місцевої біомаси
Розробка ефективних систем зберігання енергії стає критично важливою для розвитку відновлюваної енергетики. Відновлювані джерела енергії, такі як вітер та сонце, мають змінний характер генерації, що не завжди відповідає потребам споживачів.
“У сфері відновлюваних джерел енергії ми не можемо контролювати вітер, тепло, світло і т.д., які пропонує нам природа. І попит на енергію іноді не збігається з її пропозицією”, — пояснює Ейдер Гойколеа, провідний дослідник проєкту. Саме тому розробка ефективних систем зберігання енергії стає пріоритетним напрямком досліджень.
Науковці Ейдер Гойколеа та Ідоя Руїс де Ларраменді зосередили свою увагу на використанні місцевої сировини. Вони обрали відходи деревообробної промисловості Країни Басків — тирсу сосни інсігніс. Цей матеріал має високий вміст вуглецю та зазвичай не використовується в промисловості.
“Ми розробляємо нові матеріали, які можна використовувати для зберігання енергії. У цьому випадку для створення електродів ми підготували вуглець з частинок деревини сосни інсігніс, яка росте навколо нас і використовується в столярних майстернях”, — розповідає Ідоя Руїс де Ларраменді. Таким чином, дослідники знайшли застосування для матеріалу, який інакше став би відходами.
Гібридна технологія: поєднання переваг батарей та суперконденсаторів
Розроблений пристрій представляє собою гібридну систему, що поєднує характеристики батарей та суперконденсаторів. Суперконденсатори здатні швидко віддавати енергію, але мають обмежену ємність. Батареї, навпаки, можуть зберігати значні обсяги енергії, але повільніше її віддають.
“Суперконденсатори не підходять для забезпечення системи енергією протягом тривалого періоду; на відміну від батарей, вони використовуються, якщо нам потрібна велика кількість енергії протягом короткого періоду часу”, — зазначає Гойколеа.
Об’єднання цих технологій дозволило створити універсальний пристрій.
Гібридний літій-іонний конденсатор поєднує в собі електрод типу батареї та електрод типу суперконденсатора. Завдяки такій конструкції пристрій може як зберігати значні обсяги енергії, так і швидко її віддавати при потребі. Крім того, він здатний витримувати численні цикли заряду-розряду без суттєвої втрати продуктивності.
Інноваційні процеси виробництва
Для виготовлення електродів дослідники використали різні типи вуглецю, отримані з деревної біомаси.
“Вуглець — це дуже загальний термін, але існує багато різних типів. Не вся біомаса дає потрібний вуглець для цього застосування, але ми показали, що дуже задовільні результати можна отримати з біомаси сосни інсігніс”, — пояснює Руїс де Ларраменді.
Один електрод був створений з твердого вугілля, а інший — з активованого вугілля. Обидва типи вуглецю були отримані з однієї сировини — деревних відходів сосни, але пройшли різні процеси обробки для набуття необхідних властивостей.
Особливу увагу дослідники приділили розробці стійких та економічно ефективних методів виробництва. Температура синтезу не перевищувала 700°C, що забезпечило енергоефективність процесу. Також були використані доступні добавки, що додатково знизило вартість виробництва.
Перспективи розвитку та впровадження
Результати дослідження демонструють, що місцева біомаса може стати джерелом високоякісних матеріалів для сучасних систем зберігання енергії. Розроблена технологія пропонує економічно ефективну та екологічно чисту альтернативу для вдосконалення звичайних літій-іонних конденсаторів.
“Матеріали, отримані з біомаси, відкривають широкі можливості для розробки екологічно чистих, економічно ефективних систем зберігання енергії великої потужності”, — підкреслюють дослідники UPV/EHU. Вони наголошують на важливості продовження досліджень у цьому напрямку.
Ця розробка може мати значний вплив на розвиток відновлюваної енергетики, сприяючи вирішенню проблеми змінного характеру генерації. Крім того, використання місцевої біомаси та стійких виробничих процесів відповідає принципам циркулярної економіки та сталого розвитку.
Дослідники Ейдер Гойколеа та Ідойя Руїс де Ларраменді, які очолили цей проєкт, є викладачами факультету науки і технологій UPV/EHU. Вони читають лекції з хімії та хімічної інженерії, а також беруть участь у магістерській програмі з нових матеріалів, передаючи свої знання та інноваційні підходи наступному поколінню науковців.
