Китайцы создали электроды для калий-ионных батарей из ржавых сеток

Москва, 12:08, 11 Июн 2017, редакция FTimes.ru, автор Сергей Кузнецов.

Китайские ученые пытаются максимально использовать отходы, находя инновационное решение технических проблем. На этот раз они превратили покрытую ржавчиной 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 превращается непосредственно в компактный слой с сетчатой структурой, который может хранить ионы калия. Покрытие из оксида графита увеличивает проводимость и стабильность во время циклов заряда / разряда.

Для расширения использования возобновляемых источников энергии требуется эффективное хранение энергии в сети. Ионные батареи, широко используемые в портативной электронике, являются перспективными кандидатами. Литий-ионные батареи основаны на перемещениях 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 его запасы ограничены. В качестве альтернативы были исследованы калий-ионные батареи.

«Ионы калия столь же недороги и легкодоступны, как и натрия, а ионные калиевые батареи будут превосходны», — сообщает Синь-Бо Чжан. «Однако значительно больший радиус ионов калия поставил проблему. Повторное хранение и высвобождение этих ионов дестабилизирует материалы, используемые в настоящее время в электродах».

Ученые из Китайской академии наук и Университета Цзилинь (Чанчунь, Китай) нашли элегантное решение по использованию отходов для изготовления новых электродов — из нержавеющей сетки. Несмотря на долговечность этих сеток, суровые условия приводят к некоторой их коррозии. Металл может быть регенерирован в печи, но для этого процесса требуются большие деньги, время и энергия, а также происходят выбросы вредных веществ. Конверсия в электроды может перерасти в более экологически и экономически разумную форму переработки.

Корродированную сетку погружают в раствор ферроцианида калия, который растворяет ионы железа, хрома и никеля из слоя ржавчины. Они объединяются с ионами феррицианида в сложную соль, известную как Берлинская лазурь, 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. Покрытие RGO препятствует скоплению и отсоединению активного материала. В то же время оно значительно увеличивает проводимость и открывает сверхбыстрые пути транспорта электронов.

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