Сетки из нержавеющей стали часто применяют, как средство тонкой и грубой очистки на очистных сооружениях и в вентиляционных шахтах. Но из-за агрессивности сред, в которых они работают, этот материал все равно ржавеет, и как только он покрывается рыжими хлопьями и становится ломким, его обычно просто выбрасывают.
Но, китайские ученые нашли способ, как превратить этот металлолом в дорогостоящие электроды для калий-ионных батарей.
Сетка из нержавейки
В то время как литий-ионные батареи в наши дни широко используются в различных устройствах, технике и автомобилях, у них существуют свои проблемы. Во-первых, они довольно быстро деградируют, особенно, если их часто перезаряжать или не создавать им требуемые температурные режимы. Они могут взрываться, а еще имеют довольно высокую себестоимость производства.
А вот калий-ионные батареи могут стать гораздо более дешевой альтернативой, которая к тому же имеет большую стабильность и устойчивость к изменениям внешней среды. Но, у этих батарей тоже есть свои недостатки.
Калий находится максимально близко к литию в ряду стандартных электродных потенциалов. Еще в 1999 году удалось понять, что калий-ионные батарейные ячейки при полном заряде выдают только 2 В, а при 50% - их заряд снижается до 1 В. Эти результаты заметно хуже литий-ионных батарей, которые при полной зарядке выдают 4,2 В.
Новый метод, разработанный командой ученых из Китайской академии наук и университета Цзилиня позволяет решить эту проблему благодаря использованию ржавой сетки, которую сейчас просто выкидывают.
Опустив ее в раствор ферроцианида калия (это соединение также называют «антислеживателем» – это пищевая добавка Е-535/536, которую используют для улучшения сыпучести порошковых пищевых продуктов и химического сырья), ионы железа, хрома и никеля выщелачиваются из ржавчины и соединяются с ионами ферроцианида, в итоге образуя берлинскую лазурь (берлинская лазурь – это смесь, которую используют в качестве красителя и лекарственного средства).
Берлинская лазурь
На сетке из нержавейки эта берлинская лазурь образует как бы каркас, который обеспечивает отличную проводимость для ионов калия. Но, берлинская лазурь очень хрупкая, и чтобы сделать ее более прочной, «посиневшую» сетку погружают в раствор оксида графена, который образует покрытие, предотвращающее образование комков берлинской лазури, и в то же время повышающее электропроводность.
«В тестах, ячейки батарей с такими новыми электродами демонстрируют высокую емкость, стабильную производительность и способность выдерживать множественные циклы зарядки. Поскольку эти недорогие электроды очень гибкие, они отлично подходят для использования в гибких электронных гаджетах, прототипы которых уже демонстрируются разными производителями», - говорится в научном докладе.
Данное открытие может помочь создавать дешевые и емкие калий-ионные аккумуляторы, которые смогут заменить собой дорогостоящие литий-ионные.
