Gli scienziati cinesi hanno fatto buon uso dei rifiuti trovando una soluzione innovativa a un problema tecnico trasformando la rete di acciaio inossidabile arrugginita in elettrodi con eccezionali proprietà elettrochimiche che li rendono ideali per le batterie agli ioni di potassio. Come riportato sulla rivista Angewandte Chemie , la ruggine viene convertita direttamente in uno strato compatto con struttura a griglia in grado di immagazzinare ioni potassio. Un rivestimento di ossido di grafite ridotto aumenta la conduttività e la stabilità durante i cicli di carica/scarica.
L'aumento dell'uso di energia rinnovabile richiede un efficace stoccaggio dell'energia all'interno della rete. batterie agli ioni di litio, ampiamente usato nell'elettronica portatile, sono candidati promettenti. Le batterie agli ioni di litio si basano sullo spostamento degli ioni di litio. Durante la ricarica, gli ioni si muovono verso l'elettrodo di grafite, dove sono immagazzinati tra gli strati di carbonio. Quando si scarica, vengono rilasciati. Però, il litio è costoso e le riserve sono limitate. Le batterie agli ioni di sodio sono state esplorate come alternativa.
"Gli ioni di potassio sono poco costosi e facilmente disponibili quanto il sodio, e le batterie agli ioni di potassio sarebbero superiori dal punto di vista elettrico, " riferisce Xin-Bo Zhang. "Tuttavia, il raggio significativamente più grande degli ioni potassio ha posto un problema. Lo stoccaggio e il rilascio ripetuti di questi ioni destabilizzano i materiali attualmente utilizzati negli elettrodi".
Zhang e un team dell'Accademia cinese delle scienze e dell'Università di Jilin (Changchun, Cina) hanno ora trovato una soluzione elegante nell'uso di un materiale di scarto per realizzare nuovi elettrodi:reti di acciaio inossidabile scartate da filtri e setacci. Nonostante l'eccellente durata di queste griglie, condizioni difficili portano a una certa corrosione. Il metallo può essere recuperato in una fornace, ma questo processo richiede una grande quantità di denaro, tempo, ed energia, oltre a produrre emissioni. Dice Zhang:"La conversione in elettrodi potrebbe trasformarsi in una forma di riciclaggio più ecologica ed economicamente sensata".
La rete corrosa viene immersa in una soluzione di ferrocianuro di potassio (prussiato giallo di potassa, noto come chiarificante per il vino). Questo dissolve il ferro, cromo, e ioni di nichel dallo strato di ruggine. Questi si combinano con gli ioni ferricianuro nel complesso sale noto come blu di Prussia, un pigmento blu scuro che si deposita sulla superficie della rete sotto forma di nanocubi simili a impalcature. Gli ioni potassio possono essere facilmente e rapidamente immagazzinati e rilasciati da queste strutture.
I ricercatori utilizzano quindi un processo di rivestimento per immersione per depositare uno strato di ossido di grafene (strati di grafite ossidata). Questo strato si annida saldamente sui nanocubi. La successiva riduzione converte l'ossido di grafene in ossido di grafene ridotto (RGO), che consiste di strati di grafite con atomi di ossigeno isolati. Zhang spiega, "il rivestimento RGO inibisce l'aggregazione e il distacco del materiale attivo. Allo stesso tempo, aumenta significativamente la conduttività e apre percorsi di trasporto degli elettroni ultraveloci."
Nei test, le pile a bottone realizzate con questi nuovi elettrodi dimostrano un'ottima capacità, tensioni di scarica, capacità di tasso, ed eccezionale stabilità del ciclo. Perché il poco costoso, gli elettrodi senza legante sono molto flessibili, sono altamente adatti per l'uso in dispositivi elettronici flessibili.
