Муравьева Наталья Александровна
Калининград
Natalia A. Muravieva
Kaliningrad
Наветный Никита Юрьевич
Калининград,
Nikita Yu. Navetnykh
Kaliningrad
Полыньёв Данила Алексеевич
Калининград,
Daniil A. Polynev
Kaliningrad
Примаченко Елизавета Васильевна
Калининград,
Elisaveta V. Primachenko
Kaliningrad
Масютин Яков Андреевич
Калининград,
Yakov A. Masyutin
Kaliningrad
Ирфан Мухамед
Пенджаб
Muhammad Irfan
Punjab
Масштабирование производства зерновых культур в Калининградской области (Россия) сопровождается образованием более 200 тыс. т соломы в год, утилизация которой наносит экологический ущерб. Цель исследования – изучить возможность и целесообразность использования биоугля из соломы для производства литий-ионных аккумуляторов, а также выбрать наиболее перспективный метод и технологические параметры его получения. Объектом исследования служила солома озимой пшеницы, отобранная в хозяйствах Калининградской области. Сырье подвергали гидротермальной карбонизации с варьированием температуры (200–260 °C), времени (1–3 ч) и гидромодуля (1:6, 1:12, 1:18). Оптимальные режимы гидротермальной карбонизации составили: 260 °C, 60 мин, гидромодуль 1:12. Полученный биоуголь дополнительно подвергали многостадийному пиролизу при температуре до 800 °C. Характеристику продуктов проводили методами элементного анализа, гравиметрии, лазерной дифракции, а также электрохимическим тестированием в составе лабораторных литий-ионных аккумуляторов дискового типа в сравнении с коммерческим графитом AGP-2. Элементный состав исходной соломы показал высокое содержание углерода (44,2 %), что подтверждает ее пригодность для термохимической конверсии. После гидротермальной карбонизации при оптимальных условиях массовая доля углерода возрас- тала до 61,3 %, а после пиролиза – до 80–95 %. Средний размер частиц биоугля (D50 = 26,2 мкм) соответствует отраслевым стандартам для анодных материалов. Электрохимические испытания продемонстрировали, что опытный образец обладает более высокой начальной удельной емкостью по сравнению с коммерческим графитом, однако характеризуется пониженной стабильностью при циклировании, что обусловлено формированием твердого защитного межфазного слоя и аморфной структурой материала.Экспериментально подтверждена возможность использования соломы озимой пшеницы в качестве прекурсора для синтеза биоугля, пригодного для изготовления анодов литий-ионных аккумуляторов. Данный подход снижает потребление невозобновляемых ресурсов и углеродный след агропромышленного комплекса. Дальнейшие исследования должны быть направлены на повышение стабильности электрохимических характеристик.
The Kaliningrad Region generates over 200,000 tons of straw annually, and its disposal often causes environmental degradation. However, straw-derived biochar can be utilized in the production of lithium-ion batteries. This article describes the most effective processing methods and structural parameters for this application. The study utilized winter wheat straw collected from farms in the Kaliningrad Region. The raw material was subjected to hydrothermal carbonization with varying temperatures (200–260°C), residence times (1–3 h), and water-to-biomass ratios (1:6, 1:12, 1:18). The optimal hydrothermal carbonization conditions proved to be 260°C for 60 min with a water ratio of 1:12. The resulting biochar was then subjected to multi-stage pyrolysis at temperatures up to 800°C. The products were characterized using elemental analysis, gravimetry, laser diffraction, and electrochemical testing in laboratory coin-cell lithium-ion batteries, which were compared against commercial AGP-2 graphite.The elemental composition of the precursor straw revealed a high carbon content (44.2%), confirming its suitability for thermochemical conversion. The hydrothermal carbonization under optimal conditions raised the carbon mass fraction to 61.3%, while the subsequent pyrolysis increased it to 80–95%. The average particle size of the resulting biochar (D50 = 26.2 μm) complied with industrial standards for anode materials. The electrochemical analysis demonstrated that the prototype possessed a higher initial specific capacity than commercial graphite but lower cycling stability, which could be attributed to its amorphous structure and the formation of a solid electrolyte interphase layer. Winter wheat straw proved to be an effective precursor for synthesizing biochar suitable for lithium-ion battery anodes. This approach reduces the consumption of non-renewable resources and lowers the carbon footprint of the agricultural sector. Further research is required to enhance the stability of its electrochemical properties.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.