Масочный режим, введенный на период пандемии коронавируса по всему миру, породил новую проблему: что делать с использованными масками?
Каждый месяц жители планеты выбрасывают более 130 млрд масок, которые превращаются в сотни тонн полимерных отходов. При их сжигании выделяются токсичные газы, поэтому вопрос о переработке отходов обостряется с каждым днем.
Ученые Московского института стали и сплавов (НИТУ «МИСиС») совместно с коллегами из США и Мексики разработали технологию получения экономичных аккумуляторов из использованных масок, где в качестве оболочек используются также отходы упаковок от лекарств. Таким образом, основу для создания элементов питания составляют медицинские отходы, закупать необходимо лишь графен.
Новая технология позволяет получить тонкие, гибкие, дешевые батареи, которые из-за низкой себестоимости могут быть даже одноразовыми. Эти батарейки по ряду параметров превосходят традиционные аккумуляторы, которые из-за содержания в них металлов являются более тяжелыми по весу и требуют больше расходов на производство.
Новые аккумуляторы можно будет использовать в бытовых устройствах – от часов до светильников.
Научный руководитель инфраструктурного проекта «Высокопроизводительная полимерная тандемная фотовольтаика на основе гибридных перовскитов» НИТУ «МИСиС» профессор Анвар Захидов рассказал о технологии производства батарей: «Сначала маски дезинфицируют с помощью ультразвука, затем окунают в “чернила” из графена, которые пропитывают маску. Потом материал прессуют под давлением, нагревают до 140 градусов Цельсия (при создании обычных аккумуляторов-суперконденсаторов требуется очень высокая температура – до 1000-1300 градусов Цельсия, а новая технология снижает расход энергии в 10 раз). Затем между двумя электродами из нового материала размещают прокладку (тоже из материала масок) с изолирующими свойствами. Ее пропитывают особым электролитом, а затем создают защитную оболочку из материала упаковок от лекарств (таких как парацетамол)».
Новые аккумуляторы, по сравнению с традиционными аналогами, обладают высокой плотностью запасенной энергии и увеличенной электрической емкостью. Если емкость существующих таблеточных аккумуляторов, созданных по похожей технологии, составляет 10 ватт-часов на 1 кг, то в новой разработке она выросла до 98 ватт-ч/кг. А после того, как разработчики добавили к полученным из масок электродам наночастицы неорганического перовскита типа CaCoO, энергоемкость аккумуляторов дополнительно увеличилась вдвое – до 208 ватт-часов/кг).
Исследователи и раньше пробовали использовать разные пористые природные материалы и отходы для изготовления электродов для суперконденсаторов. Это были оболочки кокосовых орехов, рисовая шелуха, газетные отходы, использованные автомобильные покрышки и т.д. Но работа с ними всегда требовала высокотемпературного отжига (обугливания) в специальных печах. Маски же оказались более простым и дешевым материалом, поскольку для придания им уникальных свойств достаточно лишь пропитки графеном.
В дальнейшем исследователи планируют использовать новую технологию в производстве батарей для электромобилей и солнечных электростанций.