Исследователи из Индии разработали материал для накопления энергии на основе куриных перьев. После термической обработки перья превращаются в пористый углерод, который в сочетании с оксидом цинка-галлия улучшает характеристики суперконденсаторов — устройств, способных быстро накапливать и отдавать заряд. В экспериментах материал показал удельную ёмкость 642 фарада на грамм, а после 5000 циклов зарядки и разрядки устройство сохранило 94% первоначальной ёмкости.

Результаты исследования опубликованы в журнале Scientific Reports. Разработка может помочь использовать отходы птицеводства для создания долговечных накопителей энергии.

Как перья помогают накапливать заряд

В основе технологии — кератин, белок, из которого состоят куриные перья. При нагревании исследователи преобразовали их в пористый углеродный каркас. Его структура способствует перемещению ионов и накоплению заряда внутри электрода.

Затем углерод объединили с оксидом цинка-галлия — полупроводниковым материалом, который участвует в работе композита. Полученная комбинация позволила улучшить электрохимические характеристики электрода.

В испытаниях его удельная ёмкость достигла 642 фарадов на грамм. Это показатель способности материала накапливать электрический заряд при изменении напряжения. Однако высокая ёмкость отдельного электрода сама по себе не означает, что готовое устройство сможет хранить больше энергии, чем обычная батарея: для такого сравнения нужны данные о характеристиках всего накопителя.

Чем суперконденсаторы отличаются от аккумуляторов

Главное преимущество суперконденсаторов — способность быстро заряжаться и отдавать энергию высокой мощности. Они также могут выдерживать большое число циклов зарядки и разрядки.

У обычных аккумуляторов, включая литий-ионные, обычно выше плотность запасаемой энергии: при сопоставимых размерах они способны дольше питать устройство. Поэтому суперконденсаторы особенно полезны там, где важны короткие мощные импульсы, а не длительная автономная работа.

Например, такие накопители могут сглаживать резкие скачки энергопотребления в электронике и электротранспорте. В подобных системах они способны дополнять батареи, принимая на себя кратковременные пиковые нагрузки.

В новом исследовании устройство на основе перьевого углерода после 5000 циклов зарядки и разрядки сохранило 94% первоначальной ёмкости. Это указывает на устойчивость материала в проведённых испытаниях, хотя для оценки его практического срока службы потребуются дополнительные исследования.

Миллионы тонн отходов могут получить вторую жизнь

Куриные перья — один из побочных продуктов птицеводства. Их прочная структура, обусловленная кератином, затрудняет естественное разложение, а переработка во многих случаях ограничивается использованием в кормовых добавках и других продуктах.

Преобразование перьев в функциональный углеродный материал предлагает альтернативный способ утилизации этого сырья. Вместо того чтобы становиться отходами, оно может использоваться при производстве компонентов для накопителей энергии.

При этом экологичность технологии ещё предстоит оценить в полном производственном цикле. Для этого важно учитывать энергозатраты на обработку перьев, используемые реагенты, масштабируемость процесса и характеристики готовых устройств.

Заменят ли такие накопители литий-ионные батареи

Пока говорить о замене литий-ионных аккумуляторов преждевременно. Исследование демонстрирует перспективный материал для суперконденсаторов, но не доказывает, что созданные на его основе устройства смогут обеспечить сопоставимую с батареями плотность энергии, стоимость и надёжность в реальных условиях.

Более вероятная область применения — системы, которым требуется быстро отдавать мощность и выдерживать частые циклы работы. Если технологию удастся масштабировать без чрезмерных затрат, куриные перья смогут стать доступным сырьём для отдельных компонентов накопителей энергии и одновременно помочь сократить объём отходов птицеводства.