Mohla by sa nebezpečná invazívna rastlina stať nepostrádateľným zdrojom materiálu pre nový typ batérie? Ukazuje sa, že áno! Hovorí o tom Zoya Bobyleva, vedecká pracovníčka z Katedry elektrochémie Chemickej fakulty Moskovskej štátnej univerzity.
Zoya, viem, že vyvíjaš nový materiál pre elektrické batérie z boľševníka. Využiť túto invazívnu rastlinu na takéto ušľachtilé účely je podľa mňa úplne geniálny nápad. Kto prišiel s týmto nápadom?
Myšlienka využitia biomasy na získavanie uhlíka nie je nová a prvý, kto navrhol využitie boľševníka týmto spôsobom, bol profesor Skoltech Artem Michajlovič Abakumov. Pre mňa sa tento návrh stal akousi výzvou. Najprv som sa zasmiala, pričom som tieto slová brala ako vtip.
Neverili ste, že je to možné?
Vedela som, že je to možné, aj keď som bola prekvapená samotnou voľbou. Faktom je, že teraz môžeme skutočne získať uhlíkový materiál z čohokoľvek. Sme v štádiu, keď sa snažíme nájsť zdroj lacných, dostupných surovín, ktoré svojimi vlastnosťami nezaostávajú za ostatnými.
Hovoríte, že uhlík môžete získať z čohokoľvek. A konkrétne?
Zamestnanci Artema Michajloviča získavali uhlík zo skorocelu, my na Moskovskej štátnej univerzite sme ho skúšali vyrobiť z rôznych uhľohydrátov — napríklad z glukózy. Potom mi napadlo, že by som na tento účel mohla použiť med.
Ale je to dosť drahé
Áno, nie je to lacné. Potom som sa vrátila od príbuzných z Baškirie, odkiaľ som si doviezla med a zaujímalo ma, čo z toho bude. Zobrala som med, uvarila v reaktore a videla som tie isté mikroguľôčky ako v prípade glukózy, takže aj med sa ukázal ako úplne vhodná surovina. Potešilo ma to a pokračovala som v experimentovaní. Použila som uhlie a ukázalo sa, že môže fungovať aj ako anódový materiál, aj keď má trochu horšie vlastnosti.
Pred štyrmi rokmi som sa stretla s istou kritikou: načo sa trápiť s takými „kuchynskými vecami“, veď skúmaním takýchto materiálov sa dá stráviť veľmi dlho, ale využijú sa aj v skutočnosti? Existuje obrovské množstvo článkov, kde berú čokoľvek, získavajú uhlík a hovoria o jeho jedinečných vlastnostiach. Ale v skutočnosti tam nie je nič výnimočné.
Preto, keď mi zrazu ponúkli boľševník, nebrala som to vážne. Ale rozhodli sme sa, že je to zaujímavé a skúsili sme to urobiť. Svoj prvý boľševník som dostala vo vrecúšku, suchý. Táto „kytica“ sa stala akýmsi darčekom od mojej študentky. Ďalej je to otázka technológie. Akákoľvek rastlinná technológia spočiatku obsahuje uhlík, vodík, kyslík a súbor ďalších prvkov v menších množstvách a našou úlohou je získať uhlík odstránením ostatných prvkov.
Najjednoduchšie je zahriať ho na veľmi vysokú teplotu bez prístupu kyslíka: všetko ostatné odletí, zostane len uhlík. Tu vstupuje do hry naša úloha ako ľudí zapojených do vedy o elektrochemických materiáloch: zistiť, aký dobrý bude tento uhlík pre naše potreby?
Jednoduché zahrievanie však neprinieslo dobrý výsledok a pred týmto ohrevom bolo potrebné pridať niekoľko ďalších stupňov. Začali sme s predbežným spracovaním. Napísali sme o tom článok v Batériách, ktorý mal celkom úspech.
Ale ten sušený boľševník sa asi rýchlo minul. Kde získavate čerstvý boľševník?
Áno, prišla taká chvíľa. Nebola som veľmi nadšená z práce s čerstvým boľševníkom, pretože som vedela, že to nie je bezpečné. Jasné, že suchá rastlina je lepšia – skoro hotová celulóza, ale došla nám a výsledky nestačili na zverejnenie.
Jedna z mojich študentiek bola veľmi rozrušená, pretože to bola jej prvá publikácia a veľmi chcela, aby to vyšlo. Sťažovala sa rodičom, ktorí bývajú v Obninsku a tí v noci pri ich chate narezali veľa boľševníka.
Aby sa v noci nepopálili šťavou z boľševníka, ktorá sa tvorí len na slnku?
Úplne správne. Všetko to zabalili do krabice a doručili sem. Teraz máme veľa boľševníka a stále ho prinášajú – už ho nie je kam dať.
Aký materiál z toho získavate? Ako vyzerá?
Dostávame uhlík – vyzerá ako čierny prášok. Uhlík, ako vieme, prichádza v rôznych formách. Môžeme ho použiť ako drahý šperk zvaný diamant, alebo si môžeme prečítať o unikátnych vlastnostiach jednovrstvového materiálu, grafénu.
Všetko sú to ale karbónové materiály, ktoré majú štruktúru. Ak vezmeme materiál, ktorý nemá štruktúru, nebudeme ho vedieť nijako opísať. Pod štruktúrou rozumieme určitý rámec, v ktorom môžeme pokračovať vo všetkých smeroch. Uhlík je zaujímavý tým, že je schopný vytvárať veľmi chaotické väzby, a preto produkuje nielen fullerén či diamant, ale aj niečo medzi tým. Materiál, ktorý získame, je niečo medzi grafitom, diamantom a fullerénom.
Náš materiál pozostáva vo vnútri z malých, krátkych, zakrivených grafitových inklúzií. Keďže sú krátke, obsahujú rovnaké väzby ako diamant. Preto je náš materiál tvrdší ako grafit a nazýva sa negrafitizovateľný, pretože sa nestane grafitom kvôli veľkému počtu neobvyklých defektov.
Práca s boľševníkom v laboratóriu si samozrejme vyžaduje opatrnosť a osobné ochranné prostriedky. Je to zároveň veľmi jednoduchý materiál, pretože sa dá veľmi ľahko získať takmer zo všetkého, čo príde pod ruku – z cukrov, celulózy alebo akejkoľvek biomasy a veľmi zložitý, pretože to nevieme nijako opísať. Je amorfný a s takýmito materiálmi sa ťažšie pracuje. Sodíkové ióny však tento materiál obľubujú a to je pre nás veľmi dobré.
Prečo si brala sodík a nie lítium?
Lítium-iónové batérie sú všade rozšírené, dnes si bez nich nevieme predstaviť život. Sú to naše bezdrôtové slúchadlá, elektronické hodinky a ďalšie zariadenia. Ukazuje sa však, že dopyt je nielen po miniatúrnych batériách, ale aj po veľmi veľkých. Ak napríklad zakryjete dom solárnymi panelmi, môžete za deň naakumulovať veľa energie. Na uskladnenie je potrebná veľká batéria. Alebo si predstavme elektromobily, elektrobusy. Tu vzniká otázka ceny. Lítia je málo, nie je lacné a potrebuje ho každý, preto jeho cena rapídne stúpa. Existujú aj iné vzácne kovy, ako napríklad kobalt, ktorého je tiež nedostatok, a to je veľký problém.
Sodíka je veľa?
Je veľa sodíka. Ak vojdete do svojej kuchyne, uvidíte soľ a sódu – to sú tiež zdroje sodíka. Lítium je rozptýlené po planéte vo forme rozsypov a jeho ťažba je samostatný problém. To je mimochodom tiež veľká záhada – kam sa podel? Ak, ako vieme, existujú problémy s lítiom, potom so sodíkom je všetko oveľa jednoduchšie. A v Rusku môžeme získať anódový materiál – uhlík z tak dostupných surovín, ako je boľševník.
Navrhujete zbierať ho v noci pozdĺž diaľnic?
Je to otázka logistiky. Samozrejme, treba to zozbierať a doručiť, ale myslím si, že to už nie je naša téma. Len vám hovorím, že sa to dá. Tí, ktorí majú požiadavku na batérie, by mali zistiť, ako ho zozbierať a doručiť. Mimochodom, v časoch ZSSR ho pestovali ako poľnohospodársku vysoko výnosnú plodinu do siláže, ktorá sa pridávala do krmiva pre hospodárske zvieratá.
Ako vidíte praktické využitie sodíkovo-iónových batérií vyrobených z boľševníka?
Ako som povedala, sú to veľké stacionárne batérie na ukladanie energie. Na jednej strane každý chce, aby bola batéria ľahšia a menšia a lítium je tu obzvlášť dobré, no na druhej strane sú technológie, kde na veľkosti až tak nezáleží. Môže byť veľká, ale musí byť lacná a schopná uchovávať energiu. V tomto prípade je ión sodíka nenahraditeľný.
Prečo nemôže byť sodíkovo-iónová batéria kompaktná?
Môže byť kompaktná, ale v porovnaní s lítiom bude vždy väčšia, jednoducho preto, že ión sodíka je väčší ako ión lítia. Vieme prísť na spôsoby, ako miniaturizovať sodíkovo-iónové batérie, ale najdôležitejšie je teraz začať proces ich výroby. Potom som si istá, že technológia sa bude rýchlo rozvíjať, ako sa to stalo vo svojej dobe s lítium-iónovými batériami. Predstavujem si napríklad elektrobusy jazdiace po meste, na ktorých je namaľovaný boľševník. Nakoniec sa táto jedovatá rastlina stane užitočnou pre každého – podľa mňa to nie je zlá vyhliadka.
Preložil: OZ Biosféra www.biosferaklub.info
Post Views:
34
