Les chercheurs ont créé une batterie haute performance de déchets métalliques et de savon

Prenez les vieux déchets métalliques, mettez-les dans un bocal en verre avec de l'eau savonneuse et obtenez une batterie haute performance. Cette philosophie est respectée par les chercheurs de l' Université de Vanderbilt - les créateurs d'une batterie fonctionnant suffisamment puissante à partir de déchets de cuivre et d'acier.

«Imaginez que des tonnes de déchets métalliques, qui deviennent de plus en plus chaque année, pourraient être utilisées pour alimenter l'énergie renouvelable du futur, au lieu de devenir un fardeau pour l'environnement et les usines de traitement», explique Carey Pint, professeur agrégé d'ingénierie à l'Université. Vanderbilt.

Pint a dirigé une équipe de recherche qui a utilisé des débris d'acier et de cuivre - les deux matériaux les plus couramment jetés - pour créer la première batterie au monde de ces métaux. Une telle batterie ne peut pas accumuler plus d'énergie que les batteries au plomb conventionnelles . En termes de vitesse de charge, le nouveau développement peut être comparé aux supercondensateurs ultra-rapides.

Une équipe de recherche composée de diplômés et d'étudiants des programmes interdisciplinaires de Vanderbilt et de la Faculté de génie mécanique a décrit leurs réalisations dans ACS Energy Letters. Dans leur travail, les scientifiques ont démontré la polyvalence de leur technologie, qui nous permet de traiter des matériaux en acier et en cuivre de différentes formes, tailles et puretés pour produire des composants de batterie fonctionnels.



Dans la batterie résultante, la tension de la cellule est de 1,8 V, la densité d'énergie atteint 20 W * h / kg et la densité de puissance peut atteindre 20 kW / kg. La batterie a résisté à 5 000 cycles de charge consécutifs, ce qui équivaut à 13 ans de charge et de décharge quotidiennes. À la suite de l'expérience, il a conservé un peu plus de 90% de sa capacité.

La réponse à l'énigme d'une telle performance réside dansl'anodisation est une procédure répandue pour construire un film d'oxyde en utilisant l'oxydation anodique. Le plus souvent, il est utilisé pour donner de la résistance et une finition décorative à l'aluminium, mais la procédure d'anodisation peut être effectuée avec presque tous les métaux. Cela peut être fait même à la maison, bien que cela ne soit pas recommandé.

Au premier stade, un travail préparatoire est effectué: la surface métallique est polie et polie. Ensuite, le dégraissage est effectué, le plus souvent à l'aide de solvants organiques comme l'essence, l'alcool ou l'acétone, et un traitement aux alcalis (solution savonneuse ordinaire). L'étape suivante est la décapitation de la surface avec une solution concentrée d'acide sulfurique et de chrompeak. Cela se fait afin d'éliminer les oxydes., empêchant l'application d'un nouveau revêtement. De plus, en fait, l'anodisation est l'oxydation d'un métal dans une solution d'électrolyte sous l'influence du courant continu. En tant que substance conductrice de courant, une solution d'acide sulfurique, mais déjà moins concentrée, convient également. Il est peu probable que vous le trouviez chez vous, vous pouvez donc le remplacer par une solution de sel et de soude.

La température ambiante est suffisante pour convertir le cuivre et l'acier en électrodes fonctionnelles pour le stockage d'énergie rechargeable. Sous son influence, ces alliages multicomposants sont convertis en oxyde de fer, actif dans les réactions redox, et oxyde de cuivre. Lorsque les déchets d'acier et de cuivre ont été anodisés à l'aide d'une solution de poudre à laver et de courant électrique, les chercheurs ont découvert que les surfaces métalliques étaient reconstruites en réseaux d'oxyde métallique de taille nanométrique qui pouvaient stocker et libérer de l'énergie lors de l'interaction avec une solution aqueuse d'électrolytes.
Le groupe a conclu que ces zones avec des réseaux nanométriques expliquent un processus de charge aussi rapide et la stabilité exceptionnelle de la batterie. Des solutions aqueuses ininflammables d'électrolytes contenant de l'hydroxyde de potassium, un alcali peu coûteux utilisé dans la fabrication de lessive en poudre, ont été utilisées pour créer des batteries en cuivre et en acier.


Le premier prototype de la batterie

Pint note que lorsque votre objectif principal est de produire des matériaux pour batteries à partir d'outils improvisés à un prix si bas que les installations de production à grande échelle n'ont aucun sens, vous devriez aborder cela différemment de la conduite d'expériences de recherche. laboratoires.

«Nous voyons que la société moderne évolue progressivement vers une« culture de la création », où la production à grande échelle de nouveaux produits s'étend progressivement aux individus ou aux communautés. Jusqu'à présent, les batteries sont restées en dehors de cette culture, mais je pense que le jour viendra où les résidents seront déconnectés du réseau et produiront leurs propres batteries. C'est le niveau auquel la technologie des batteries a commencé, et je pense que nous pouvons y revenir », explique Pint.

Une équipe de scientifiques de l'Université de Vanderbilt s'est inspirée d'une batterie de Bagdad- Un appareil simple inventé 2000 ans avant la naissance d'Alessandro Volta. Il se composait d'un pot en argile, d'une feuille de cuivre et d'une tige de fer, qui ont été trouvés avec des traces d'électrolyte. On pense qu'une telle batterie remplie d'alcali ou d'acide pourrait créer une tension de 1V. Les scientifiques ont expérimenté cette cellule galvanique au cours du siècle dernier, essayant de faire une copie exacte de la batterie de Bagdad et de reproduire la réaction. Les expériences qui sont entrées dans l'histoire ont été extrêmement réussies. Cependant, certains scientifiques sceptiques pensent que le fait que cet artefact puisse générer de l'énergie ne signifie pas qu'il a été utilisé pour cela. Bien que l'interprétation de cet artefact soit encore controversée, sa conception simple est devenue un exemple pour créer un nouveau développement.À l'avenir, les scientifiques prévoient de construire un prototype de batterie à grande échelle pouvant être utilisé dans les maisons intelligentes éconergétiques.

«Avec ce projet, nous ouvrons de nouveaux horizons où le résultat positif n'est pas la commercialisation, mais un ensemble clair d'instructions qui peuvent être adressées au grand public. Il s'agit d'une refonte absolue des capacités des batteries, qui aidera à contourner les barrières qui entravent l'innovation dans l'accumulation et la conservation de l'énergie », explique Pint.

Source: https://habr.com/ru/post/fr398941/