Исследователи из Китайской академии наук и Университета Цзилинь разработали инновационный, экологически чистый метод рециркуляции нержавеющей стали, чтобы изготовить новые электроды для калий-ионных перезаряжаемых батарей.
Электроды, полученные из корродированных сеток из нержавеющей стали, имеет приложения в электронной промышленности и отлично подходит для изготовления гибких электронных устройств. Хорошая проводимость в таких электродах имеет решающее значение для применения в электронных устройствах хранения энергии.
Ожидаемый рост портативной электроники, потребность в требованиях к улучшению батареи и огромный рост производства электромобилей, таких как автомобили Tesla и другие, в ближайшие годы указывают на необходимость экспоненциального роста в возобновляемых источниках энергии. В свою очередь, это требует разработки крупномасштабных систем хранения энергии для использования сетей.
В прошлом исследования крупных решений по хранению энергии привели к появлению первой литий-ионной перезаряжаемой батареи, коммерциализированной Sony в 1991 году. Именно тогда электроника и, в частности, производство мобильных устройств были полностью преобразованы.
Предлагаемый метод открывает новые возможности для повторного использования нержавеющей стали в отношении новых приложений с добавленной стоимостью, которые имеют большое значение для содействия усилиям по созданию ресурсосберегающего и экологически чистого общества, - профессор Синь-бо Чжан.
Несмотря на высокую эффективность и пригодность для применения в малых и средних масштабах, литий-ионные батареи имеют ограниченный жизненный цикл. Кроме того, они представляют проблемы экологического, безопасного и теплового управления. Другими словами, они больше не являются лучшим вариантом.
Сегодня устойчивость, а также высокая стоимость извлечения лития и его ограниченная доступность побудили исследователей искать альтернативы литий-ионным батареям. Новые технологии и приложения требуют создания следующего поколения перезаряжаемых супербатарей, которые более эффективно работают с возобновляемыми источниками энергии и обладают лучшей проводимостью.
Натрий против калия: почему калий является лучшим выбором
Несколько лет назад натрий-ион широко рассматривался как альтернатива замене литий-ионных батарей. Натрий, (шестой наиболее распространенный элемент, обнаруженный в земной коре), дешевле, не токсичен и более распространен, чем литий.
Калий, (седьмой наиболее распространенный элемент на Земле), также менее дорогостоящий и гораздо более обильный, чем литий. Калий и натрий химически очень похожи, но помимо его естественной доступности, низкой стоимости и продолжительного жизненного цикла, калий является лучшим носителем заряда в перезаряжаемых батареях.
Устойчивые решения
Проблемы разработки усовершенствованных катодных материалов, то есть электрода, из которого традиционный ток выходит из поляризованного электрического устройства, и конструкция соответствующих электродных структур, то есть электрический проводник электричества для ионов калий-ионов, подвигли исследователей из Академии наук Китая и Университет Цзилинь найти лучшую, более устойчивую альтернативу литию.
Используя инновационную технику, и под руководством профессора Синь-бо Чжан, группы ученых из Китайской академии наук и Университета Цзилинь использовали корродированные сетки из нержавеющей стали в качестве железных источников. Эти решетки из нержавеющей стали были преобразованы для создания стабильных недорогих высокоэффективных катодов для ионно-калиевых батарей.
Сетка из нержавеющей стали погружается в кислотную среду, которая растворяет ионы железа, никеля и хрома. Они сразу же потребляются избытком ионов феррицианида в кислоте с образованием сложной соли, известной как кубический прусский синий цвет на поверхности сеток. Никель и хром из нержавеющей стали делают его идеальным сплавом для этого процесса.
Прусский синий - темно-синий пигмент, который находится в виде отложений на поверхности сетки в виде каркасных нанокубов. Благодаря этому способу ионы калия можно легко и быстро хранить и удалять из этих структур. Никель и хром из нержавеющей стали делают его идеальным сплавом для этого процесса.
По словам команды профессора Чжана, по сравнению с существующими катодами ионно-калиевых батарей, подготовленный прусский голубой электрод демонстрирует отличную электропроводность и уникальную структуру с уменьшенным графитовым покрытием, что обеспечивает быструю передачу электрона и большую стабильность цикла. Это означает повышенную стабильность во время цикла зарядки и разрядки, что приводит к повышению производительности батареи.
На пути к устойчивому и экологически безопасному будущему
Нынешние и будущие требования к экологически безопасным перевозкам, энергоснабжению электронных устройств и более чистым источникам энергии требуют решений, которые являются ресурсоемкими и экологически безопасными.
Этот новый метод разработки калий-ионных батарей отвечает всем необходимым требованиям. Он является результатом обширных исследований, проведенных группой Zhang, направленных на разработку передовых материалов для высокопроизводительных энергоустановок, конверсионных устройств и систем следующего поколения.
«Эта технология преодолевает присущую проблему традиционного электрода с недостаточной проводимостью, создавая сверхбыстрое проводящую сеть. Предлагаемый метод открывает новые возможности для повторного использования нержавеющей стали в новых приложениях с добавленной стоимостью, которые имеют большое значение для содействия усилиям по созданию ресурсосберегающего и экологически чистого общества», - резюмирует профессор Чжан.
