Conversion directe du treillis en acier inoxydable rouillé en électrodes stables et bon marché pour les batteries au potassium-ion

Conversion directe du treillis en acier inoxydable rouillé en électrodes stables et bon marché pour les batteries au potassium-ion

Les scientifiques chinois ont fait bon usage des déchets tout en trouvant une solution innovante à un problème technique en transformant le treillis en acier inoxydable rouillé en électrodes avec des propriétés électrochimiques exceptionnelles qui les rendent idéales pour les batteries au potassium-ion. Comme indiqué dans le journal Angewandte Chemie, la rouille est directement convertie en une couche compacte avec une structure de grille qui peut stocker des ions potassium. Un revêtement d'oxyde de graphite réduit augmente la conductivité et la stabilité pendant les cycles de charge / décharge.

L'utilisation croissante de l'énergie renouvelable nécessite un stockage d'énergie efficace dans le réseau. Les batteries au lithium-ion, largement utilisées dans l'électronique portable, sont des candidats prometteurs. Les batteries au lithium-ion sont basées sur le déplacement des ions lithium. Pendant la charge, les ions se déplacent vers l'électrode de graphite, où ils sont stockés entre les couches de carbone. Lors de la décharge, ils sont libérés. Cependant, le lithium est cher et les réserves sont limitées. Les batteries au sodium ont été explorées comme alternative.

"Les ions potassium sont tout aussi bon marché et facilement disponibles que le sodium, et les batteries ioniques au potassium seraient supérieures à l'aspect électrique", rapporte Xin-Bo Zhang. "Cependant, le rayon significativement plus grand des ions potassium a posé un problème.Le stockage répété et la libération de ces ions déstabilise les matériaux actuellement utilisés dans les électrodes."

Zhang et une équipe de l'Académie chinoise des sciences et de l'Université Jilin (Changchun, Chine) ont trouvé une solution élégante dans l'utilisation d'un déchet pour fabriquer de nouvelles électrodes: tamis en acier inoxydable rejeté à partir de filtres et tamis. Malgré l'excellente durabilité de ces grilles, les conditions difficiles conduisent à une certaine corrosion. Le métal peut être récupéré dans un four, mais ce processus nécessite beaucoup d'argent, de temps et d'énergie, tout en produisant des émissions. Zhang dit: "La conversion en électrodes pourrait se transformer en une forme de recyclage plus écologiquement et économiquement plus sensible."

Le treillis corrodé est trempé dans une solution de ferrocyanure de potassium (prussiate de potasse jaune, connu comme agent de collage pour le vin). Cela dissout le fer, le chrome et les ions de nickel hors de la couche de rouille. Ceux-ci se combinent avec des ions ferricyanure dans le sel complexe connu sous le nom de bleu de Prusse, un pigment bleu foncé qui est déposé sur la surface de la maille comme nanocubes de type échafaudage. Les ions potassium peuvent facilement et rapidement être stockés et libérés de ces structures.

Les chercheurs utilisent ensuite un procédé de trempage pour déposer une couche d'oxyde de graphène (couches de graphite oxydé). Cette couche se niche fermement sur les nanocubes. La réduction subséquente convertit l'oxyde de graphène en oxyde de graphène réduit (RGO), constitué de couches de graphite avec des atomes d'oxygène isolés. Zhang explique: «Le revêtement RGO empêche l'agglomération et le détachement de la matière active, tout en augmentant significativement la conductivité et en ouvrant des voies de transport d'électrons ultrarapides.

Lors des tests, les piles de pièces fabriquées avec ces nouvelles électrodes présentent une excellente capacité, des tensions de décharge, une capacité de débit et une stabilité de cycle exceptionnelles. Parce que les électrodes peu onéreuses et sans liant sont très flexibles, elles conviennent parfaitement à une utilisation dans des dispositifs électroniques flexibles.