ИА «ПроВИЭ» 
Группа исследователей из Гуандунского технологического университета и Научно-технологического университета имени короля Абдаллы представила стратегию использования лигноцеллюлозы для создания компонентов батарей нового поколения. Работа направлена на решение проблемы высокой стоимости систем хранения энергии за счет развития натрий-ионных технологий, которые выступают перспективной альтернативой литий-ионным аккумуляторам. Ученые детально описали процесс трансформации растительной биомассы в высокоэффективные аноды из твердого углерода, что рассматривается как необходимое условие для коммерциализации подобных устройств.
В ходе исследования ученые проанализировали, как химический состав и структура основных компонентов лигноцеллюлозы влияют на свойства конечного материала. Вместо переработки биомассы как единого целого, специалисты получили твердый углерод отдельно из целлюлозы, лигнина и гемицеллюлозы. Сырье подвергалось пиролизу при температурах от 600 до 1600°C. Анализ позволил установить прямую связь между исходным компонентом и электрохимическими характеристиками анода, что фактически создает основу для направленного проектирования материалов из природного сырья.
Эксперименты показали, что компоненты биомассы обладают разной эффективностью для хранения энергии. Углерод, полученный из целлюлозы и лигнина, продемонстрировал более высокую емкость по сравнению с образцами из гемицеллюлозы. Это объясняется особенностями внутренней архитектуры: в углероде из целлюлозы и лигнина образуется больший объем закрытых пор. Такая структура обеспечивает эффективную работу механизма заполнения пор ионами натрия. Результаты указывают на то, что биомасса с естественным низким содержанием гемицеллюлозы оптимально подходит для производства анодов высокой емкости.
Твердые углеродные материалы накапливают натрий через сложный механизм, сочетающий адсорбцию, интеркаляцию и заполнение пор. Значительная часть емкости аккумулятора, называемая емкостью плато, обеспечивается именно за счет ионов, заполняющих микроскопические закрытые поры. Увеличение этого показателя напрямую ведет к росту плотности энергии всей батареи. Несмотря на потенциал технологии, для массового внедрения необходимо преодолеть ряд препятствий, включая неоднородность состава растительного сырья в зависимости от региона и вида растений. Это затрудняет достижение стабильных характеристик при промышленном производстве.
В перспективе ученые предлагают использовать методы предварительной химической и инженерной обработки лигноцеллюлозы перед пиролизом. Такой подход позволит избирательно удалять нежелательные компоненты и корректировать структуру материала для получения стабильного результата. При этом технологические процессы должны соответствовать принципам зеленой химии, чтобы сохранить экологические преимущества использования биомассы. Разработанная стратегия рассматривается как дорожная карта для создания устойчивой и экономически эффективной инфраструктуры хранения энергии.
