Прямое преобразование ржавой сетки из нержавеющей стали в стабильные недорогие электроды для калий-ионных батарей

Прямое преобразование ржавой сетки из нержавеющей стали в стабильные недорогие электроды для калий-ионных батарей

Китайские ученые эффективно использовали отходы, находя инновационное решение технической проблемы, превращая ржавую сетку из нержавеющей стали в электроды с выдающимися электрохимическими свойствами, которые делают их идеальными для калий-ионных батарей. Как сообщается в журнале Angewandte Chemie, ржавчина преобразуется непосредственно в компактный слой с сеткой, которая может хранить ионы калия. Покрытие из оксида графита увеличивает проводимость и стабильность во время циклов заряда / разряда.

Для увеличения использования возобновляемых источников энергии требуется эффективное хранение энергии в сетке. Лимитированные ионные батареи, широко используемые в портативной электронике, являются перспективными кандидатами. Литиево-ионные батареи основаны на смещении ионов лития. Во время зарядки ионы движутся к графитовому электроду, где они хранятся между слоями углерода. При разрядке они освобождаются. Однако литий стоит дорого, а запасы ограничены. В качестве альтернативы были исследованы ионно-ионные батареи.

«Ионы калия столь же недороги и легко доступны, как и натрий, а ионные батареи калиевых будут превосходить электрические аспекты», - сообщает Синь-Бо Чжан. «Однако значительно больший радиус ионов калия поставил проблему. Повторное хранение и высвобождение этих ионов дестабилизирует материалы, используемые в настоящее время на электродах».

Чжан и команда из Китайской академии наук и Университета Цзилинь (Чанчунь, Китай) теперь нашли элегантное решение по использованию отходов для изготовления новых электродов: из нержавеющей сетки из нержавеющей стали из фильтров и сит. Несмотря на отличную прочность этих сеток, суровые условия приводят к некоторой коррозии. Металл может быть утилизирован в печи, но для этого процесса требуются большие деньги, время и энергия, а также выбросы. Говорит Чжан: «Конверсия в электроды может перерасти в более экологически и экономически разумную форму переработки».

Протертую сетку погружают в раствор ферроцианида калия (желтая стружка калия, известная как средство для вина). Это растворяет ионы железа, хрома и никеля из слоя ржавчины. Они объединяются с ионами феррицианида в сложную соль, известную как прусский синий, темно-синий пигмент, который осаждается на поверхность сетки в виде каркасных нанокубов. Ионы калия можно легко и быстро хранить и выделять из этих структур.

Затем исследователи используют процесс погружного покрытия для осаждения слоя оксида графена (окисленные слои графита). Этот слой плотно прилегает к нанокубам. Последующее восстановление превращает оксид графена в восстановленный оксид графена (RGO), который состоит из слоев графита с изолированными атомами кислорода. Чжан объясняет: «покрытие RGO ингибирует комки и отрыв активного материала, в то же время значительно увеличивает проводимость и открывает сверхбыстрые пути электронного транспорта».

В тестах монетоприемники, изготовленные с использованием этих новых электродов, демонстрируют отличную производительность, разрядные напряжения, скорость и отличную стабильность цикла. Поскольку недорогие, не содержащие связующих электроды очень гибкие, они очень подходят для использования в гибких электронных устройствах.