錆びたステンレスメッシュをカリウムイオン電池の安定した低コスト電極に直接変換

錆びたステンレスメッシュをカリウムイオン電池の安定した低コスト電極に直接変換

中国の科学者たちは、錆びたステンレススチールメッシュを電気化学的特性の優れた電極に変えて、カリウムイオン電池に理想的な技術的問題に革新的な解決策を見出しながら、廃棄物を有効に活用してきました。ジャーナルAngewandte Chemieに報告されているように、錆はカリウムイオンを貯蔵できるグリッド構造を持つコンパクトな層に直接変換されます。還元黒鉛酸化物のコーティングは、充放電サイクル中の導電性および安定性を増加させる。

再生可能エネルギーの使用を増やすには、効率的なエネルギー貯蔵が必要です。ポータブルエレクトロニクスで広く使用されているリチウムイオン電池は有望な候補です。リチウムイオン電池は、リチウムイオンの置換に基づいている。充電中、イオンはグラファイト電極に向かって移動し、そこでカーボン層の間に貯蔵される。放電すると放出されます。しかし、リチウムは高価であり、埋蔵量は限られている。代わりに、ナトリウムイオン電池が検討されている。

「カリウムイオンはナトリウムと同様に安価で容易に入手でき、カリウムイオン電池は電気的特性よりも優れている」とXin-Bo Zhang氏は報告する。しかし、カリウムイオンの半径がはるかに大きいため、問題がありました。これらのイオンの保存と放出が繰り返されると、現在電極に使用されている材料が不安定になります。

Zhangと中国科学院と吉林大学（長春、中国）のチームは、フィルターとふるいから拒絶されたステンレススチールメッシュを新規電極にするための廃棄物の使用において、エレガントな解決策を見出しました。これらのグリッドの優れた耐久性にもかかわらず、過酷な条件はいくらかの腐食を引き起こします。金属は炉内で再生することができるが、このプロセスは多量の金銭、時間、エネルギーを必要とし、排出物を生成する。 Zhang氏は次のように述べています。「電極への変換は、生態学的および経済的に賢明なリサイクルの形態に発展する可能性があります。

腐食したメッシュをフェロシアン化カリウム溶液（ワインの清澄剤として知られているカラシの黄色溶液）に浸します。これにより、鉄、クロム、およびニッケルイオンが錆層から溶け出します。これらはフェリシアン化物イオンと結合してプルシアンブルー（Prussian blue）と呼ばれる複合塩になります。ダークブルーの顔料は骨格のようなナノキューブとしてメッシュの表面に堆積します。カリウムイオンは、これらの構造中に容易かつ迅速に貯蔵され、放出され得る。

研究者らは、酸化グラフェン（酸化グラファイト層）の層を堆積させるために浸漬コーティングプロセスを使用する。この層はナノキューブ上にしっかりと固定されている。その後の還元は、酸化グラフェンを、孤立した酸素原子を有するグラファイトの層からなる還元グラフェン酸化物（RGO）に変換する。 Zhang氏は、「RGOコーティングは、活物質の凝集と剥離を抑制し、同時に、導電性を大幅に向上させ、超高速電子輸送経路を開く」と説明している。

試験では、これらの新しい電極で作られたコインセルは、優れた容量、放電電圧、レート能力、および優れたサイクル安定性を示す。安価なバインダーフリーの電極は非常に柔軟性があるため、フレキシブルな電子デバイスに使用するのに非常に適しています。