ابتكر الباحثون بطارية عالية الأداء من النفايات المعدنية والصابون

خذ النفايات المعدنية القديمة ، وضعها في وعاء زجاجي بالماء والصابون واحصل على بطارية عالية الأداء. تم الالتزام بهذه الفلسفة من قبل باحثين من جامعة فاندربيلت - صانعي بطارية فعالة بما فيه الكفاية من نفايات النحاس والفولاذ.

يقول كاري بينت ، أستاذ الهندسة المساعد بالجامعة: "تخيل أن أطنانًا من النفايات المعدنية ، التي تزداد يومًا بعد يوم ، يمكن استخدامها لتشغيل الطاقة المتجددة في المستقبل ، بدلاً من أن تصبح عبئًا على البيئة ومعامل التجهيز". فاندربيلت.

قاد بينت فريقًا بحثيًا استخدم حطام الفولاذ والنحاس - وهما أكثر المواد التي يتم التخلص منها في الغالب - لإنشاء أول بطارية في العالم من هذه المعادن. يمكن لهذه البطارية أن تتراكم الطاقة ليس أسوأ من بطاريات الرصاص الحمضية التقليدية . من حيث سرعة الشحن ، يمكن مقارنة التطوير الجديد بالمكثفات الفائقة السرعة.

فريق البحث، التي تتألف من الطلاب والخريجين من برامج متعددة التخصصات وفاندربيلت كلية الهندسة، ووصف انجازاته في مجلة ACS رسائل الطاقة. في عملهم ، أظهر العلماء تعدد استخدامات تقنيتهم ​​، مما يسمح لنا بمعالجة المواد الفولاذية والنحاسية بمختلف الأشكال والأحجام والنقاء لإنتاج مكونات وظيفية للبطارية.



في البطارية الناتجة ، يكون جهد الخلية 1.8 فولت ، وكثافة الطاقة تصل إلى 20 واط * ساعة / كجم ، وكثافة الطاقة تصل إلى 20 كيلو واط / كجم. صمدت البطارية 5000 دورة شحن متتالية ، أي ما يعادل 13 عامًا من الشحن والتفريغ اليومي. نتيجة للتجربة ، احتفظ بما يزيد قليلاً عن 90٪ من قدرته.

الجواب على لغز هذا الأداء يكمن فيالأنودة هو إجراء واسع الانتشار لبناء طبقة أكسيد باستخدام أكسدة أنودية. غالبًا ما يتم استخدامه لإعطاء القوة والتشطيب الزخرفي للألمنيوم ، ولكن يمكن تنفيذ إجراء الأنودة باستخدام أي معدن تقريبًا. يمكن القيام بذلك حتى في المنزل ، على الرغم من عدم التوصية به.

في المرحلة الأولى ، يتم تنفيذ الأعمال التحضيرية: السطح المعدني مصقول ومصقول. ثم يتم إجراء إزالة الشحوم ، في معظم الأحيان بمساعدة المذيبات العضوية مثل البنزين والكحول أو الأسيتون ، والعلاج بالقلويات (محلول صابون عادي). المرحلة التالية هي قطع السطح بمحلول مركز من حامض الكبريتيك والكروميك. يتم ذلك لإزالة الأكسيدات.، يمنع تطبيق طلاء جديد. علاوة على ذلك ، في الواقع ، الأنودة هي أكسدة فلز في محلول إلكتروليت تحت تأثير التيار المباشر. كمادة موصلة للتيار ، فإن محلول حمض الكبريتيك ، ولكنه أقل تركيزًا ، مناسب أيضًا. من غير المحتمل أن تجده في المنزل ، لذا يمكنك استبداله بمحلول الملح الصودا.

درجة حرارة الغرفة كافية لتحويل النحاس والصلب إلى أقطاب وظيفية لتخزين الطاقة القابلة لإعادة الشحن. تحت تأثيرها ، يتم تحويل هذه السبائك المتعددة المكونات إلى أكسيد الحديد ، وتنشط في تفاعلات الأكسدة والاختزال ، وأكسيد النحاس. عندما تم تأكسد مخلفات الصلب والنحاس باستخدام محلول من مسحوق الغسيل والتيار الكهربائي ، وجد الباحثون أن الأسطح المعدنية أعيد بناؤها في شبكات أكسيد معدني بحجم نانومتر يمكنها تخزين وإطلاق الطاقة عند التفاعل مع محلول مائي من الشوارد.
وخلصت المجموعة إلى أن هذه المناطق مع شبكات النانومتر تشرح عملية الشحن السريع والاستقرار الاستثنائي للبطارية. تم استخدام المحاليل المائية غير القابلة للاشتعال من الشوارد التي تحتوي على هيدروكسيد البوتاسيوم ، وهو قلوي رخيص الثمن يستخدم في تصنيع مسحوق الغسيل ، لإنشاء بطاريات مصنوعة من النحاس والصلب.


يشير النموذج الأولي الأول لبطارية

Pint إلى أنه عندما يكون هدفك الرئيسي هو إنتاج مواد للبطاريات من الأدوات المرتجلة بسعر زهيد جدًا بحيث لا تكون لمنشآت الإنتاج واسعة النطاق أي معنى ، يجب عليك التعامل مع هذا بطريقة أو بأخرى بطريقة مختلفة عن إجراء التجارب في البحث المختبرات.

"نرى أن المجتمع الحديث يتحرك تدريجياً نحو" ثقافة الخلق "، حيث يتوسع الإنتاج الواسع النطاق للمنتجات الجديدة تدريجياً ليشمل الأفراد أو المجتمعات. حتى الآن ، بقيت البطاريات خارج هذه الثقافة ، لكنني أعتقد أن اليوم سيأتي حيث سيتم فصل السكان عن الشبكة وسوف ينتجون بطارياتهم الخاصة. هذا هو المستوى الذي بدأت عنده تقنية البطاريات ، وأعتقد أنه يمكننا العودة إليها ".

استلهم فريق من العلماء من جامعة فاندربيلت من بطارية بغداد- جهاز بسيط اخترع 2000 سنة قبل ولادة اليساندرو فولتا. كان يتألف من وعاء من الطين ، وصفيحة نحاسية وقضيب حديدي ، تم العثور عليها مع آثار من المنحل بالكهرباء. ويعتقد أن مثل هذه البطارية المليئة بالقلويات أو الأحماض يمكن أن تولد جهدًا 1 فولت. لقد جرب العلماء هذه الخلية الجلفانية على مدى القرن الماضي ، محاولين عمل نسخة طبق الأصل من بطارية بغداد وإعادة إنتاج التفاعل. التجارب التي مرت في التاريخ كانت ناجحة للغاية. ومع ذلك ، يعتقد بعض العلماء المتشككين أن حقيقة أن هذه الأداة يمكن أن تولد الطاقة لا يعني أنها استخدمت لهذا الغرض. على الرغم من أن تفسير هذه القطعة الأثرية لا يزال مثيرًا للجدل ، فقد أصبح تصميمه البسيط مثالًا على إنشاء تطور جديد.في المستقبل ، يخطط العلماء لبناء بطارية نموذجية كاملة مناسبة للاستخدام في المنازل الذكية الموفرة للطاقة.

"مع هذا المشروع ، نفتح آفاقًا جديدة حيث لا تكون النتيجة الإيجابية هي التسويق ، ولكن مجموعة واضحة من التعليمات التي يمكن توجيهها للجمهور العام. هذا هو إعادة تفكير مطلق في قدرات البطاريات ، الأمر الذي سيساعد على تجاوز الحواجز التي تعوق الابتكار في تراكم الطاقة والحفاظ عليها.

Source: https://habr.com/ru/post/ar398941/