Para peneliti telah menciptakan baterai limbah logam dan sabun berkinerja tinggi

Ambil sampah logam lama, masukkan ke dalam stoples kaca dengan air sabun dan dapatkan baterai berkinerja tinggi. Filosofi ini ditaati oleh para peneliti dari University of Vanderbilt - pencipta baterai yang berfungsi cukup kuat dari limbah tembaga dan baja.

"Bayangkan bahwa berton-ton limbah logam, yang menjadi semakin banyak setiap tahun, dapat digunakan untuk memberi energi pada energi terbarukan di masa depan, alih-alih menjadi beban pada lingkungan dan pabrik pengolahan," kata Carey Pint, profesor teknik di Universitas. Vanderbilt.

Pint memimpin tim peneliti yang menggunakan puing baja dan tembaga - dua bahan yang paling sering dibuang - untuk membuat baterai logam pertama di dunia. Baterai seperti itu dapat mengakumulasi energi tidak lebih buruk daripada baterai timbal-asam konvensional . Dalam hal kecepatan pengisian, pengembangan baru dapat dibandingkan dengan superkapasitor sangat cepat.

Tim peneliti lulusan dan mahasiswa program interdisipliner Vanderbilt dan Fakultas Teknik Mesin menggambarkan pencapaian mereka dalam ACS Energy Letters. Dalam karya mereka, para ilmuwan menunjukkan fleksibilitas teknologi mereka, yang memungkinkan kami memproses bahan baja dan tembaga dari berbagai bentuk, ukuran, dan kemurnian untuk menghasilkan komponen fungsional baterai.



Dalam baterai yang dihasilkan, tegangan sel 1.8V, kepadatan energi mencapai 20W * h / kg, dan kepadatan daya hingga 20kW / kg. Baterai telah bertahan 5.000 siklus pengisian berurutan, setara dengan 13 tahun pengisian dan pengosongan harian. Sebagai hasil dari percobaan, ia mempertahankan lebih dari 90% kapasitasnya.

Jawaban atas teka-teki kinerja semacam itu terletak padaanodisasi adalah prosedur luas untuk membangun film oksida menggunakan oksidasi anodik. Paling sering digunakan untuk memberikan kekuatan dan finishing dekoratif untuk aluminium, tetapi prosedur anodizing dapat dilakukan dengan hampir semua logam. Ini dapat dilakukan bahkan di rumah, meskipun tidak dianjurkan.

Pada tahap pertama, pekerjaan persiapan dilakukan: permukaan logam dipoles dan dipoles. Kemudian degreasing dilakukan, paling sering dengan bantuan pelarut organik seperti bensin, alkohol atau aseton, dan pengobatan dengan alkali (larutan sabun biasa). Tahap selanjutnya adalah pemenggalan permukaan dengan larutan asam sulfat pekat dan chrompeak. Ini dilakukan untuk menghilangkan oksida., mencegah penerapan lapisan baru. Lebih lanjut, pada kenyataannya, anodisasi adalah oksidasi logam dalam larutan elektrolit di bawah pengaruh arus searah. Sebagai zat yang menghantarkan arus, larutan asam sulfat, tetapi sudah kurang pekat, juga cocok. Kecil kemungkinan Anda akan menemukannya di rumah, jadi Anda bisa menggantinya dengan larutan garam dan soda yang bisa dimakan.

Suhu kamar cukup untuk mengubah tembaga dan baja menjadi elektroda fungsional untuk penyimpanan energi yang dapat diisi ulang. Di bawah pengaruhnya, paduan multikomponen ini dikonversi menjadi oksida besi, aktif dalam reaksi redoks, dan oksida tembaga. Ketika limbah baja dan tembaga dianodisasi menggunakan larutan serbuk cuci dan arus listrik, para peneliti menemukan bahwa permukaan logam dibangun kembali menjadi jaringan oksida logam berukuran nanometer yang dapat menyimpan dan melepaskan energi ketika berinteraksi dengan larutan elektrolit berair.
Kelompok ini menyimpulkan bahwa area-area ini dengan jaringan nanometer menjelaskan proses pengisian yang begitu cepat dan stabilitas baterai yang luar biasa. Larutan elektrolit encer yang tidak mudah terbakar yang mengandung kalium hidroksida, alkali murah yang digunakan dalam pembuatan bubuk pencuci, digunakan untuk membuat baterai yang terbuat dari tembaga dan baja.


Prototipe pertama baterai

Pint mencatat bahwa ketika tujuan utama Anda adalah untuk memproduksi bahan untuk baterai dari alat improvisasi dengan murah sehingga fasilitas produksi skala besar tidak masuk akal, Anda harus melakukan pendekatan ini dengan cara yang berbeda daripada melakukan eksperimen dalam penelitian. laboratorium.

“Kami melihat bahwa masyarakat modern secara bertahap bergerak menuju“ budaya penciptaan, ”di mana produksi besar-besaran produk-produk baru secara bertahap berkembang ke individu atau komunitas. Sejauh ini, baterai tetap berada di luar budaya ini, tetapi saya percaya bahwa saatnya akan tiba ketika penghuni akan terputus dari jaringan dan akan memproduksi baterai mereka sendiri. Ini adalah tingkat di mana teknologi baterai dimulai, dan saya pikir kita dapat kembali ke sana, ”kata Pint.

Sebuah tim ilmuwan dari Universitas Vanderbilt mengambil inspirasi dari baterai Baghdad- Perangkat sederhana diciptakan 2000 tahun sebelum kelahiran Alessandro Volta. Itu terdiri dari pot tanah liat, lembaran tembaga dan batang besi, yang ditemukan bersama dengan jejak elektrolit. Diyakini bahwa baterai yang diisi dengan alkali atau asam dapat menghasilkan tegangan 1V. Para ilmuwan telah bereksperimen dengan sel galvanik ini selama seabad terakhir, mencoba membuat salinan persis baterai Baghdad dan mereproduksi reaksinya. Eksperimen yang turun dalam sejarah sangat sukses. Namun, beberapa ilmuwan skeptis percaya bahwa fakta bahwa artefak ini dapat menghasilkan energi tidak berarti bahwa itu digunakan untuk ini. Meskipun interpretasi artefak ini masih kontroversial, desainnya yang sederhana telah menjadi contoh untuk menciptakan perkembangan baru.Di masa depan, para ilmuwan berencana untuk membangun baterai prototipe skala penuh yang cocok untuk digunakan di rumah pintar yang hemat energi.

“Dengan proyek ini, kami membuka cakrawala baru di mana hasil positif bukanlah komersialisasi, tetapi serangkaian instruksi yang jelas yang dapat dialamatkan kepada masyarakat umum. Ini adalah pemikiran ulang mutlak atas kemampuan baterai, yang akan membantu untuk melewati hambatan yang menghambat inovasi dalam akumulasi dan konservasi energi, ”kata Pint.

Source: https://habr.com/ru/post/id398941/