Los investigadores han creado una batería de alto rendimiento de residuos metálicos y jabón.

Tome los desechos de metal viejos, póngalos en un frasco de vidrio con agua jabonosa y obtenga una batería de alto rendimiento. Los investigadores de la Universidad de Vanderbilt adhieren a esta filosofía , los creadores de una batería que funciona suficientemente potente a partir de residuos de cobre y acero.

"Imagine que toneladas de desechos metálicos, que se están volviendo cada vez más cada año, podrían usarse para alimentar la energía renovable del futuro, en lugar de convertirse en una carga para el medio ambiente y las plantas de procesamiento", dice Carey Pint, profesor asociado de ingeniería en la Universidad. Vanderbilt.

Pint dirigió un equipo de investigación que utilizó desechos de acero y cobre, los dos materiales más comúnmente desechados, para crear la primera batería de estos metales del mundo. Dicha batería puede acumular energía no peor que las baterías de plomo-ácido convencionales . En términos de velocidad de carga, el nuevo desarrollo se puede comparar con supercondensadores ultrarrápidos.

Un equipo de investigación de graduados y estudiantes de los programas interdisciplinarios de Vanderbilt y la Facultad de Ingeniería Mecánica describieron su logro en ACS Energy Letters. En su trabajo, los científicos demostraron la versatilidad de su tecnología, que nos permite procesar materiales de acero y cobre de diversas formas, tamaños y purezas para producir componentes funcionales de la batería.



En la batería resultante, el voltaje de la celda es de 1.8V, la densidad de energía alcanza 20W * h / kg, y la densidad de potencia es de hasta 20kW / kg. La batería ha soportado 5,000 ciclos de carga consecutivos, equivalentes a 13 años de carga y descarga diaria. Como resultado del experimento, retuvo poco más del 90% de su capacidad.

La respuesta al enigma de tal rendimiento radica enLa anodización es un procedimiento generalizado para construir una película de óxido utilizando oxidación anódica. La mayoría de las veces se usa para dar resistencia y acabado decorativo al aluminio, pero el procedimiento de anodización se puede realizar con casi cualquier metal. Esto se puede hacer incluso en casa, aunque no se recomienda.

En la primera etapa, se realizan trabajos preparatorios: la superficie metálica se pule y se pule. Luego se realiza el desengrasado, con mayor frecuencia con la ayuda de solventes orgánicos como gasolina, alcohol o acetona, y el tratamiento con álcali (solución jabonosa común). La siguiente etapa es la decapitación de la superficie con una solución concentrada de ácido sulfúrico y chrompeak. Esto se hace para eliminar los óxidos., evitando la aplicación de un nuevo recubrimiento. Además, de hecho, el anodizado es la oxidación de un metal en una solución electrolítica bajo la influencia de la corriente continua. Como sustancia que conduce la corriente, también es adecuada una solución de ácido sulfúrico, pero ya menos concentrada. Es poco probable que lo encuentre en casa, por lo que puede reemplazarlo con una solución de sal y refrescos comestibles.

La temperatura ambiente es suficiente para convertir el cobre y el acero en electrodos funcionales para el almacenamiento de energía recargable. Bajo su influencia, estas aleaciones multicomponentes se convierten en óxido de hierro, activo en reacciones redox y óxido de cobre. Cuando los desechos de acero y cobre se anodizaron utilizando una solución de detergente en polvo y corriente eléctrica, los investigadores descubrieron que las superficies metálicas se reconstruían en redes de óxido de metal a nanoescala que podían almacenar y liberar energía al interactuar con una solución acuosa de electrolitos.
El grupo concluyó que estas áreas con redes de nanómetros explican un proceso de carga tan rápido y la estabilidad excepcional de la batería. Las soluciones acuosas no inflamables de electrolitos que contienen hidróxido de potasio, un álcali de bajo costo utilizado en la fabricación de detergente en polvo, se utilizaron para crear baterías de cobre y acero.


El primer prototipo de la batería

Pint señala que cuando su objetivo principal es producir materiales para baterías a partir de herramientas improvisadas a un precio tan bajo que las capacidades de producción a gran escala no tienen sentido, debe abordar esto de una manera diferente a la realización de experimentos en investigación laboratorios

"Vemos que la sociedad moderna se está moviendo gradualmente hacia una" cultura de la creación ", donde la producción a gran escala de nuevos productos se está expandiendo gradualmente a individuos o comunidades. Hasta ahora, las baterías se han mantenido fuera de esta cultura, pero creo que llegará el día en que los residentes se desconectarán de la red y producirán sus propias baterías. Este es el nivel en el que comenzó la tecnología de la batería, y creo que podemos volver a ella ", dice Pint.

Un equipo de científicos de la Universidad de Vanderbilt se inspiró en una batería de Bagdad- Un dispositivo simple inventado 2000 años antes del nacimiento de Alessandro Volta. Consistía en una olla de barro, una lámina de cobre y una varilla de hierro, que se encontraron junto con restos de electrolitos. Se cree que dicha batería llena de álcali o ácido podría crear un voltaje de 1V. Los científicos han experimentado con esta célula galvánica durante el siglo pasado, tratando de hacer una copia exacta de la batería de Bagdad y reproducir la reacción. Los experimentos que pasaron a la historia fueron extremadamente exitosos. Sin embargo, algunos científicos escépticos creen que el hecho de que este artefacto pueda generar energía no significa que se haya utilizado para esto. Aunque la interpretación de este artefacto sigue siendo controvertida, su diseño simple se ha convertido en un ejemplo para crear un nuevo desarrollo.En el futuro, los científicos planean construir una batería prototipo a gran escala adecuada para su uso en hogares inteligentes con eficiencia energética.

“Con este proyecto, estamos abriendo nuevos horizontes donde el resultado positivo no es la comercialización, sino un conjunto claro de instrucciones que pueden dirigirse al público en general. Este es un replanteamiento absoluto de las capacidades de las baterías, lo que ayudará a superar las barreras que obstaculizan la innovación en la acumulación y conservación de energía ", dice Pint.

Source: https://habr.com/ru/post/es398941/