С появлением пандемии COVID-19 люди стали все больше полагаться на средства индивидуальной защиты, или СИЗ, с каждой волной инфекции. Хотя одноразовые лицевые маски составляют значительную часть СИЗ во всем мире, не так много внимания уделяется правильной утилизации этих изделий.

Хотя эти изделия имеют решающее значение в нашей борьбе с COVID-19, они, несомненно, наносят вред окружающей среде, оказываясь на свалках и океанах, выделяя токсичные вещества. Только в 2020 году было произведено 52 миллиарда масок для лица, и 1,56 миллиарда из них оказались в наших океанах.

Переработка использованных масок в дорожное покрытие и дезинфекция масок с помощью электроплит - вот лишь часть способов, с помощью которых ранее пытались решить эту злободневную проблему. Команда российских ученых из Национального университета науки и технологий " МИСиС"  совместно с коллегами из США и Мексики придумала новый метод превращения использованных масок в недорогие, гибкие, одноразовые и эффективные батареи. Исследование опубликовано в журнале Journal of Energy Storage.

Переработка использованных масок в эффективные батареи

Для того чтобы переработать маски, команда сначала продезинфицировала их с помощью ультразвука и поместила в чернила из графена. Затем маски были сжаты и нагреты до 284°F (140°C), в результате чего образовались гранулы, которые стали электродами батареи. Эти гранулы были разделены изолирующим слоем, который также был сделан из использованных масок. На последнем этапе полученный материал пропитали электролитом и поместили в оболочку, сделанную из блистерных упаковок отработанных лекарств. Таким образом, медицинские отходы стали основой для батарей, а приобрести необходимо лишь графен.

Анвар Захидов

 

Чтобы пояснить суть процесса, профессор Анвар Захидов, научный руководитель инфраструктурного проекта "Высокопроизводительные, гибкие, фотоэлектрические устройства на основе гибридных перовскитов" в NUST MISiS, сказал: "Для создания батареи типа суперконденсатора используется следующий алгоритм: сначала маски дезинфицируются ультразвуком, затем окунаются в "чернила" из графена, которые пропитывают маску. После этого материал прессуется под давлением и нагревается до 140°C (традиционные суперконденсаторные батареи требуют очень высоких температур для пиролиза-карбонизации, до 1000-1300°C, в то время как новая технология снижает энергопотребление в 10 раз). Затем между двумя электродами из нового материала помещается разделительная мембрана (также изготовленная из материала маски) с изолирующими свойствами. Новый материал пропитывается специальным электролитом, а затем формируется защитная оболочка из материала блистерных упаковок (например, от парацетамола)", - говорится в статье университета.

Кроме того, что сама технология выглядит довольно впечатляюще, команда обнаружила, что батареи получились довольно мощными Как утверждают разработчики, они достигли плотности энергии 99,7 ватт-часов на килограмм (Вт-ч/кг). Это практически соответствует плотности энергии обычных литий-ионных батарей, плотность энергии которых колеблется от 100 до 265 Вт-ч на килограмм.

Согласно статье, исследователи усовершенствовали батарею, добавив в электроды наночастицы перовскита оксида кальция-кобальта. Это увеличило плотность энергии более чем в два раза, доведя ее до 208 Вт-ч/кг. Наиболее эффективная версия батареи сохранила 82 процента своей емкости после 1500 циклов и могла отдавать энергию в течение 10 часов при напряжении до 0,54 В.

Новая разработка может заложить основу для создания батарей, превосходящих классические элементы с покрытием из тяжелых металлов, требующие высоких производственных затрат. Тонкие, гибкие, экономичные батареи также являются одноразовыми и в будущем могут найти широкое применение в бытовой технике.

Источники:
https://misis.ru/university/news/science/2022-01/7781/
 https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2352152X21014882