Forscher haben eine Hochleistungsbatterie aus Metallabfällen und Seife entwickelt

Nehmen Sie den alten Metallabfall, geben Sie ihn in ein Glas mit Seifenwasser und holen Sie sich eine Hochleistungsbatterie. Diese Philosophie wird von Forschern der University of Vanderbilt befolgt - den Machern einer ausreichend leistungsfähigen Batterie aus Kupfer- und Stahlabfällen.

„Stellen Sie sich vor, dass Tonnen von Metallabfällen, die jedes Jahr mehr und mehr werden, zur Stromversorgung der erneuerbaren Energien der Zukunft verwendet werden könnten, anstatt die Umwelt und die Verarbeitungsbetriebe zu belasten“, sagt Carey Pint, Associate Professor für Ingenieurwissenschaften an der Universität. Vanderbilt.

Pint leitete ein Forschungsteam, das Stahl- und Kupferabfälle - die beiden am häufigsten weggeworfenen Materialien - verwendete, um die weltweit erste Batterie dieser Metalle herzustellen. Eine solche Batterie kann nicht schlechtere Energie ansammeln als herkömmliche Blei-Säure-Batterien . In Bezug auf die Ladegeschwindigkeit kann die neue Entwicklung mit ultraschnellen Superkondensatoren verglichen werden.

Ein Forschungsteam aus Absolventen und Studenten der interdisziplinären Programme Vanderbilt und Fakultät für Maschinenbau beschrieb ihre Erfolge in ACS Energy Letters. In ihrer Arbeit haben Wissenschaftler die Vielseitigkeit ihrer Technologie demonstriert, die es uns ermöglicht, Stahl- und Kupfermaterialien in verschiedenen Formen, Größen und Reinheiten zu verarbeiten, um funktionale Komponenten der Batterie herzustellen.



In der resultierenden Batterie beträgt die Zellenspannung 1,8 V, die Energiedichte erreicht 20 W * h / kg und die Leistungsdichte beträgt bis zu 20 kW / kg. Der Akku hat 5.000 aufeinanderfolgenden Ladezyklen standgehalten, was 13 Jahren täglichem Laden und Entladen entspricht. Als Ergebnis des Experiments behielt er etwas mehr als 90% seiner Kapazität.

Die Antwort auf das Rätsel einer solchen Leistung liegt inDas Anodisieren ist ein weit verbreitetes Verfahren zum Aufbau eines Oxidfilms unter Verwendung anodischer Oxidation. Meistens wird es verwendet, um Aluminium Festigkeit und dekorative Oberfläche zu verleihen, aber das Eloxalisierungsverfahren kann mit fast jedem Metall durchgeführt werden. Dies kann auch zu Hause durchgeführt werden, obwohl dies nicht empfohlen wird.

In der ersten Phase werden vorbereitende Arbeiten durchgeführt: Die Metalloberfläche wird poliert und poliert. Anschließend wird entfettet, meist mit Hilfe von organischen Lösungsmitteln wie Benzin, Alkohol oder Aceton, und mit Alkali (gewöhnliche Seifenlösung) behandelt. Die nächste Stufe ist die Enthauptung der Oberfläche mit einer konzentrierten Lösung von Schwefelsäure und Chrompeak. Dies geschieht, um Oxide zu entfernen ., verhindert das Aufbringen einer neuen Beschichtung. Ferner ist Anodisieren tatsächlich die Oxidation eines Metalls in einer Elektrolytlösung unter dem Einfluss von Gleichstrom. Als stromleitende Substanz eignet sich auch eine Schwefelsäurelösung, die jedoch bereits weniger konzentriert ist. Es ist unwahrscheinlich, dass Sie es zu Hause finden, daher können Sie es durch eine Lösung aus essbarem Salz und Soda ersetzen.

Raumtemperatur reicht aus, um Kupfer und Stahl in funktionelle Elektroden für wiederaufladbare Energiespeicher umzuwandeln. Unter seinem Einfluss werden diese Mehrkomponentenlegierungen in Eisenoxid, das in Redoxreaktionen aktiv ist, und Kupferoxid umgewandelt. Bei der Anodisierung von Stahl- und Kupferabfällen mit einer Lösung aus Waschpulver und elektrischem Strom stellten die Forscher fest, dass Metalloberflächen in nanometergroße Metalloxidnetzwerke umgewandelt wurden, die bei Wechselwirkung mit einer wässrigen Elektrolytlösung Energie speichern und abgeben konnten.
Die Gruppe kam zu dem Schluss, dass diese Bereiche mit Nanometernetzwerken einen so schnellen Ladevorgang und die außergewöhnliche Stabilität der Batterie erklären. Zur Herstellung von Batterien aus Kupfer und Stahl wurden nicht brennbare wässrige Lösungen von Elektrolyten verwendet, die Kaliumhydroxid enthalten, ein kostengünstiges Alkali, das bei der Herstellung von Waschpulver verwendet wird.


Der erste Prototyp der

Pint- Batterie weist darauf hin, dass Sie, wenn Ihr Hauptziel darin besteht, Materialien für Batterien aus improvisierten Werkzeugen so billig herzustellen, dass große Produktionsanlagen keinen Sinn ergeben, dies anders angehen sollten als Experimente in der Forschung durchzuführen Laboratorien.

„Wir sehen, dass sich die moderne Gesellschaft allmählich in Richtung einer„ Kultur der Schöpfung “bewegt, in der die Produktion neuer Produkte in großem Maßstab allmählich auf Einzelpersonen oder Gemeinschaften ausgedehnt wird. Bisher sind Batterien außerhalb dieser Kultur geblieben, aber ich glaube, dass der Tag kommen wird, an dem die Bewohner vom Netzwerk getrennt werden und ihre eigenen Batterien produzieren werden. Auf diesem Niveau begann die Batterietechnologie, und ich denke, wir können darauf zurückkommen “, sagt Pint.

Ein Team von Wissenschaftlern der Vanderbilt University ließ sich von einer Bagdad-Batterie inspirieren- Ein einfaches Gerät, das 2000 Jahre vor der Geburt von Alessandro Volta erfunden wurde. Es bestand aus einem Tontopf, einem Kupferblech und einem Eisenstab, die zusammen mit Elektrolytspuren gefunden wurden. Es wird angenommen, dass eine solche mit Alkali oder Säure gefüllte Batterie eine Spannung von 1 V erzeugen könnte. Wissenschaftler haben im letzten Jahrhundert mit dieser galvanischen Zelle experimentiert und versucht, eine exakte Kopie der Bagdad-Batterie zu erstellen und die Reaktion zu reproduzieren. Die Experimente, die in die Geschichte eingegangen sind, waren äußerst erfolgreich. Einige skeptische Wissenschaftler glauben jedoch, dass die Tatsache, dass dieses Artefakt Energie erzeugen kann, nicht bedeutet, dass es dafür verwendet wurde. Obwohl die Interpretation dieses Artefakts immer noch umstritten ist, ist sein einfaches Design ein Beispiel für die Schaffung einer neuen Entwicklung geworden.In Zukunft planen die Wissenschaftler den Bau eines Prototyp-Akkus in Originalgröße, der für den Einsatz in energieeffizienten Smart Homes geeignet ist.

„Mit diesem Projekt eröffnen wir neue Horizonte, in denen das positive Ergebnis nicht die Kommerzialisierung ist, sondern ein klarer Satz von Anweisungen, die an die breite Öffentlichkeit gerichtet werden können. Dies ist ein absolutes Umdenken der Fähigkeiten von Batterien, das dazu beitragen wird, die Hindernisse zu umgehen, die Innovationen bei der Akkumulation und Erhaltung von Energie behindern “, sagt Pint.

Source: https://habr.com/ru/post/de398941/