Chinese wetenschappers hebben goed gebruik gemaakt van afval terwijl ze een innovatieve oplossing voor een technisch probleem hebben gevonden door roestig roestvrijstalen gaas te transformeren in elektroden met uitstekende elektrochemische eigenschappen die ze ideaal maken voor kalium-ionbatterijen. Zoals gerapporteerd in het journaal Angewandte Chemie , de roest wordt direct omgezet in een compacte laag met een roosterstructuur die kaliumionen kan opslaan. Een coating van gereduceerd grafietoxide verhoogt de geleidbaarheid en stabiliteit tijdens laad-/ontlaadcycli.

Toenemend gebruik van duurzame energie vraagt ​​om effectieve energieopslag in het net. Lithium-ion batterijen, veel gebruikt in draagbare elektronica, zijn veelbelovende kandidaten. Lithium-ionbatterijen zijn gebaseerd op de verplaatsing van lithiumionen. Tijdens het opladen, de ionen bewegen naar de grafietelektrode, waar ze worden opgeslagen tussen de koolstoflagen. Bij het ontladen, ze worden vrijgelaten. Echter, lithium is duur en de reserves zijn beperkt. Natriumionbatterijen zijn onderzocht als alternatief.

"Kaliumionen zijn net zo goedkoop en gemakkelijk verkrijgbaar als natrium, en kaliumionbatterijen zouden superieur zijn vanuit het elektrische aspect, " meldt Xin-Bo Zhang. "Echter, de aanzienlijk grotere straal van de kaliumionen vormt een probleem. Herhaalde opslag en afgifte van deze ionen destabiliseert de materialen die momenteel in elektroden worden gebruikt."

Zhang en een team van de Chinese Academie van Wetenschappen en Jilin University (Changchun, China) hebben nu een elegante oplossing gevonden in hun gebruik van afvalmateriaal om nieuwe elektroden te maken:afgekeurd roestvrijstalen gaas van filters en zeven. Ondanks de uitstekende duurzaamheid van deze roosters, zware omstandigheden leiden tot enige corrosie. Het metaal kan worden teruggewonnen in een oven, maar dit proces vereist veel geld, tijd, en energie, evenals het produceren van emissies. Zhang zegt:"Omzetting in elektroden zou kunnen uitgroeien tot een meer ecologisch en economisch verantwoorde vorm van recycling."

Het gecorrodeerde gaas wordt ondergedompeld in een oplossing van kaliumferrocyanide (geel pruis van kalium, bekend als een boetemiddel voor wijn). Dit lost ijzer op, chroom, en nikkelionen uit de roestlaag. Deze combineren met ferricyanide-ionen tot het complexe zout dat bekend staat als Pruisisch blauw, een donkerblauw pigment dat als steigerachtige nanokubussen op het oppervlak van het gaas wordt afgezet. Kaliumionen kunnen gemakkelijk en snel in deze structuren worden opgeslagen en worden vrijgegeven.

Vervolgens zetten de onderzoekers door middel van een dip-coating een laag grafeenoxide (geoxideerde grafietlagen) af. Deze laag nestelt zich stevig op de nanokubussen. Daaropvolgende reductie zet het grafeenoxide om in gereduceerd grafeenoxide (RGO), die bestaat uit lagen grafiet met geïsoleerde zuurstofatomen. Zhang legt uit, "de RGO-coating gaat klonteren en losraken van het actieve materiaal tegen. het verhoogt de geleidbaarheid aanzienlijk en opent ultrasnelle elektronentransportroutes."

Bij testen, muntcellen gemaakt met deze nieuwe elektroden vertonen een uitstekende capaciteit, ontlaadspanningen, tarief vermogen, en uitstekende cyclusstabiliteit. Omdat de goedkope bindmiddelvrije elektroden zijn zeer flexibel, ze zijn zeer geschikt voor gebruik in flexibele elektronische apparaten.