Des scientifiques chinois ont fait bon usage des déchets tout en trouvant une solution innovante à un problème technique en transformant des mailles en acier inoxydable rouillé en électrodes aux propriétés électrochimiques exceptionnelles qui les rendent idéales pour les batteries potassium-ion. Comme indiqué dans le journal Angewandte Chemie , la rouille est convertie directement en une couche compacte avec une structure en grille qui peut stocker des ions potassium. Un revêtement d'oxyde de graphite réduit augmente la conductivité et la stabilité pendant les cycles de charge/décharge.
L'utilisation croissante des énergies renouvelables nécessite un stockage efficace de l'énergie au sein du réseau. Batteries lithium-ion, largement utilisé dans l'électronique portable, sont des candidats prometteurs. Les batteries lithium-ion sont basées sur le déplacement des ions lithium. Pendant la charge, les ions se déplacent vers l'électrode en graphite, où ils sont stockés entre les couches de carbone. Lors de la décharge, ils sont libérés. Cependant, le lithium est cher et les réserves sont limitées. Les batteries sodium-ion ont été explorées comme alternative.
"Les ions potassium sont tout aussi bon marché et facilement disponibles que le sodium, et les batteries à ions potassium seraient supérieures du point de vue électrique, " rapporte Xin-Bo Zhang. " Cependant, le rayon nettement plus grand des ions potassium a posé un problème. Le stockage et la libération répétés de ces ions déstabilisent les matériaux actuellement utilisés dans les électrodes."
Zhang et une équipe de l'Académie chinoise des sciences et de l'Université de Jilin (Changchun, Chine) ont maintenant trouvé une solution élégante dans leur utilisation d'un déchet pour fabriquer de nouvelles électrodes :les mailles en acier inoxydable rejetées des filtres et des tamis. Malgré l'excellente durabilité de ces grilles, des conditions difficiles entraînent une certaine corrosion. Le métal peut être récupéré dans un four, mais ce processus nécessite beaucoup d'argent, temps, et d'énergie, tout en produisant des émissions. Selon Zhang :« La conversion en électrodes pourrait devenir une forme de recyclage plus écologique et économique. »
La maille corrodée est plongée dans une solution de ferrocyanure de potassium (prussiate jaune de potasse, connu comme agent de collage du vin). Cela dissout le fer, chrome, et des ions nickel hors de la couche de rouille. Ceux-ci se combinent avec des ions ferricyanure dans le sel complexe connu sous le nom de bleu de Prusse, un pigment bleu foncé qui est déposé sur la surface du maillage sous forme de nanocubes en forme d'échafaudage. Les ions potassium peuvent être facilement et rapidement stockés et libérés de ces structures.
Les chercheurs utilisent ensuite un procédé de revêtement par immersion pour déposer une couche d'oxyde de graphène (couches de graphite oxydé). Cette couche se niche étroitement sur les nanocubes. La réduction ultérieure convertit l'oxyde de graphène en oxyde de graphène réduit (RGO), qui se compose de couches de graphite avec des atomes d'oxygène isolés. Zhang explique, "le revêtement RGO inhibe l'agglutination et le détachement de la matière active. En même temps, il augmente considérablement la conductivité et ouvre des voies de transport d'électrons ultrarapides."
Dans les essais, les piles boutons fabriquées avec ces nouvelles électrodes démontrent une excellente capacité, tensions de décharge, capacité de taux, et une stabilité de cycle exceptionnelle. Parce que le bon marché, les électrodes sans liant sont très flexibles, ils sont parfaitement adaptés à une utilisation dans des appareils électroniques flexibles.
