التحويل المباشر لشبكة الفولاذ المقاوم للصدأ الصدئة إلى أقطاب مستقرة ومنخفضة التكلفة لبطاريات أيونات البوتاسيوم
التحويل المباشر لشبكة الفولاذ المقاوم للصدأ الصدئة إلى أقطاب مستقرة ومنخفضة التكلفة لبطاريات أيونات البوتاسيوم
وقد استخدم العلماء الصينيون النفايات بشكل جيد بينما وجدوا حلولا مبتكرة لمشكلة فنية عن طريق تحويل شبكة الفولاذ المقاوم للصدأ الصدئة إلى أقطاب كهربائية ذات خصائص كهروكيميائية متميزة تجعلها مثالية لبطاريات أيونات البوتاسيوم. كما ذكرت في مجلة انجواندت كيمي، يتم تحويل الصدأ مباشرة إلى طبقة مدمجة مع هيكل الشبكة التي يمكن تخزين أيونات البوتاسيوم. ويؤدي طلاء أكسيد الجرافيت المخفض إلى زيادة التوصيلية والاستقرار أثناء دورات الشحن / التفريغ.
وتتطلب زيادة استخدام الطاقة المتجددة تخزين فعال للطاقة داخل الشبكة. بطاريات ليثيوم أيون، وتستخدم على نطاق واسع في الالكترونيات المحمولة، مرشحين واعدة. وتستند بطاريات أيون الليثيوم على تشريد أيونات الليثيوم. أثناء الشحن، الأيونات تتحرك نحو القطب الجرافيت، حيث يتم تخزينها بين طبقات من الكربون. عند التفريغ، يتم الإفراج عنهم. ومع ذلك، الليثيوم مكلفة والاحتياطيات محدودة. وقد تم استكشاف بطاريات أيون الصوديوم كبديل.
"إن أيونات البوتاسيوم هي أيضا غير مكلفة ومتوفرة بسهولة مثل الصوديوم، وبطاريات أيون البوتاسيوم ستكون متفوقة من الجانب الكهربائي"، تقارير شين بو تشانغ. "ومع ذلك، فإن دائرة نصف قطرها أكبر بكثير من أيونات البوتاسيوم قد شكلت مشكلة، وتكرار التخزين والإفراج عن هذه الأيونات يزعزع استقرار المواد المستخدمة حاليا في الأقطاب الكهربائية."
وقد وجد تشانغ وفريق من الاكاديمية الصينية للعلوم وجامعة جيلين (تشانغتشون، الصين) حلا انيقا فى استخدام مواد النفايات لصنع اقطاب جديدة: شبكة ستانلس ستيل مرفوضة من المرشحات والمناخل. وعلى الرغم من المتانة الممتازة لهذه الشبكات، فإن الظروف القاسية تؤدي إلى بعض التآكل. يمكن استخلاص المعدن في فرن، ولكن هذه العملية تتطلب قدرا كبيرا من المال والوقت والطاقة، وكذلك إنتاج الانبعاثات. يقول تشانغ: "التحول إلى الأقطاب الكهربائية يمكن أن يتطور إلى شكل أكثر معقولية من الناحية البيئية والاقتصادية لإعادة التدوير".
يتم تآكل شبكة تآكل في حل من فيروسيانيد البوتاسيوم (بروسيات الأصفر من البوتاس، والمعروفة باسم عامل فينينغ للنبيذ). وهذا يذوب أيونات الحديد والكروم والنيكل من طبقة الصدأ. هذه تتحد مع أيونات فيريسيانيد في الملح المعقدة المعروفة باسم الأزرق البروسي، الصباغ الأزرق الداكن التي تودع على سطح شبكة كما نانوكوبيس سقالة مثل. يمكن تخزين أيونات البوتاسيوم بسهولة وسرعة في هذه الهياكل وإطلاقها.
ثم يستخدم الباحثون عملية طلاء غمس لإيداع طبقة من أكسيد الجرافين (طبقات الجرافيت المؤكسدة). هذه الطبقة تتشابك بإحكام على نانوكوبيس. خفض لاحق يحول أكسيد الجرافين إلى انخفاض أكسيد الجرافين (رغو)، الذي يتكون من طبقات من الجرافيت مع ذرات الأكسجين معزولة. ويوضح تشانغ أن "طلاء رغو يثبط التكتل والفصل من المادة الفعالة، وفي الوقت نفسه، يزيد بشكل كبير من التوصيلية ويفتح مسارات نقل إلكتروني فائقة السرعة".
في الاختبارات، والخلايا عملة مصنوعة مع هذه الأقطاب الجديدة إثبات قدرة ممتازة، وفراغ التفريغ، والقدرة على معدل، والاستقرار دورة المعلقة. لأن غير مكلفة، أقطاب خالية الموثق مرنة جدا، فهي مناسبة للغاية للاستخدام في الأجهزة الإلكترونية المرنة.
