Conversión directa de malla de acero inoxidable oxidada en electrodos estables de bajo costo para baterías de iones de potasio

Conversión directa de malla de acero inoxidable oxidada en electrodos estables de bajo costo para baterías de iones de potasio

Los científicos chinos han hecho un buen uso de los residuos al tiempo que han encontrado una solución innovadora a un problema técnico mediante la transformación de la malla de acero inoxidable oxidada en electrodos con excelentes propiedades electroquímicas que los hacen ideales para las baterías de iones de potasio. Como se informó en la revista Angewandte Chemie, el óxido se convierte directamente en una capa compacta con una estructura cuadriculada que puede almacenar iones de potasio. Una capa de óxido de grafito reducido aumenta la conductividad y la estabilidad durante los ciclos de carga / descarga.

El creciente uso de energía renovable requiere un almacenamiento de energía efectivo dentro de la red. Las baterías de iones de litio, ampliamente utilizadas en electrónica portátil, son candidatos prometedores. Las baterías de iones de litio se basan en el desplazamiento de iones de litio. Mientras se carga, los iones se mueven hacia el electrodo de grafito, donde se almacenan entre las capas de carbono. Al descargar, se lanzan. Sin embargo, el litio es costoso y las reservas son limitadas. Las baterías de iones de sodio se han explorado como una alternativa.

"Los iones de potasio son tan baratos y fácilmente disponibles como el sodio, y las baterías de iones de potasio serían superiores desde el aspecto eléctrico", informa Xin-Bo Zhang. "Sin embargo, el radio significativamente más grande de los iones de potasio ha planteado un problema. El almacenamiento y la liberación repetida de estos iones desestabiliza los materiales actualmente utilizados en los electrodos".

Zhang y un equipo de la Academia de Ciencias de China y la Universidad de Jilin (Changchun, China) han encontrado una solución elegante en el uso de un material de desecho para fabricar electrodos novedosos: malla de acero inoxidable rechazada de filtros y tamices. A pesar de la excelente durabilidad de estas redes, las duras condiciones llevan a la corrosión. El metal puede recuperarse en un horno, pero este proceso requiere una gran cantidad de dinero, tiempo y energía, además de producir emisiones. Dice Zhang: "La conversión en electrodos podría convertirse en una forma de reciclado más ecológica y económicamente viable".

La malla corroída se sumerge en una solución de ferrocianuro de potasio (prusiato de potasa amarillo, conocido como agente clarificante para el vino). Esto disuelve hierro, cromo y iones de níquel de la capa de óxido. Estos se combinan con los iones de ferricianuro en la sal compleja conocida como azul de Prusia, un pigmento azul oscuro que se deposita sobre la superficie de la malla como nanocubos similares a andamios. Los iones de potasio pueden almacenarse y liberarse fácil y rápidamente a partir de estas estructuras.

Luego, los investigadores utilizan un proceso de recubrimiento por inmersión para depositar una capa de óxido de grafeno (capas de grafito oxidado). Esta capa se acurruca firmemente sobre los nanocubos. La reducción posterior convierte el óxido de grafeno en óxido de grafeno reducido (RGO), que consiste en capas de grafito con átomos de oxígeno aislados. Zhang explica que "el recubrimiento RGO inhibe la aglutinación y desprendimiento del material activo. Al mismo tiempo, aumenta significativamente la conductividad y abre vías ultrarrápidas de transporte de electrones".

En las pruebas, las pilas de monedas fabricadas con estos nuevos electrodos demuestran una excelente capacidad, voltajes de descarga, capacidad de velocidad y una sobresaliente estabilidad del ciclo. Debido a que los electrodos baratos, sin aglutinante son muy flexibles, son muy adecuados para su uso en dispositivos electrónicos flexibles.