Izravna pretvorba hrđe od nehrđajućeg čelika u stabilne, jeftine elektrode za kalij-ionske baterije

Pretvorba binarnog brojevnog sustava u dekadski brojevni sustav (Lipanj 2019).

Anonim

Kineski znanstvenici su dobro iskoristili otpad i pronašli inovativno rješenje tehničkom problemu preobrazbom hrđe nehrđajućeg čelika u elektrode s izvanrednim elektrokemijskim svojstvima koja ih čine idealnim za kalij-ionske baterije. Kao što je objavljeno u časopisu Angewandte Chemie, hrđa se pretvara izravno u kompaktni sloj s strukturom mreže koja može pohraniti kalijeve ione. Obloga smanjenog grafita oksida povećava vodljivost i stabilnost tijekom ciklusa punjenja / pražnjenja.

Povećanje korištenja obnovljivih izvora energije zahtijeva učinkovitu pohranu energije unutar mreže. Litij-ionske baterije, koje se često koriste u prijenosnoj elektronici, obećavaju kandidate. Litij-ionske baterije temelje se na zamjeni litij-iona. Tijekom punjenja, ioni se kreću prema grafičkoj elektrodi, gdje su pohranjeni između slojeva ugljika. Prilikom pražnjenja, oni se otpuštaju. Međutim, litij je skup i rezerve su ograničene. Baterije natrij-iona istražene su kao alternativa.

"Kalijioni ioni jednako su jeftini i lako dostupni kao natrij, a baterije kalijevih iona bit će superiorniji od električnog aspekta", piše Xin-Bo Zhang. "Međutim, značajno veći polumjer kalijevih iona predstavlja problem. Ponovno čuvanje i oslobađanje tih iona destabiliziraju materijale koji se trenutno koriste u elektrodama."

Zhang i tim iz Kineske akademije znanosti i Sveučilišta Jilin (Changchun, Kina) sada su pronašli elegantno rješenje u korištenju otpadnog materijala radi dobivanja novih elektroda: odbačena mreža od nehrđajućeg čelika iz filtera i sita. Unatoč izvrsnoj trajnosti ovih rešetki, oštri uvjeti dovode do neke korozije. Metal se može ponovno nabaciti u peći, ali taj proces zahtijeva mnogo novca, vremena i energije, kao i stvaranje emisija. Zhang kaže: "Pretvorba u elektrode mogla bi se razviti u ekološki i ekonomski osjetljiviji oblik recikliranja."

Korodirana mrežica je umočena u otopinu kalij-ferrocijanida (žuti prussiat od kalija, poznat kao sredstvo za obradu za vino). To otapa željezo, krom i ione nikla iz sloja hrđe. One se kombiniraju s ferricianidnim ionima u kompleksnu sol poznatu kao Pruska plava, tamnoplavi pigment koji se nanosi na površinu mreže kao nanokubičasto nalik skutera. Kalij ioni se lako i brzo mogu pohraniti i otpuštati iz tih struktura.

Znanstvenici zatim koriste postupak premazivanja slojem oksida oksidiranog oksida (oksidirani grafitni slojevi). Taj se sloj čvrsto utiskuje na nanocjevčice. Naknadno smanjenje pretvara grafen oksid u reducirani grafen oksid (RGO), koji se sastoji od slojeva grafita s izoliranim atomima kisika. Zhang objašnjava, "RGO premaz inhibira nakupljanje i odvajanje aktivnog materijala, istodobno značajno povećava vodljivost i otvara ultrabrzi putevi elektrona."

U testovima, novčane stanice izrađene s ovim novim elektrodama pokazuju izvrsne kapacitete, naponi za pražnjenje, brzinu sposobnosti i izvanrednu stabilnost ciklusa. Budući da su jeftine elektrode bez veziva vrlo fleksibilne, one su vrlo pogodne za upotrebu u fleksibilnim elektroničkim uređajima.

menu
menu