Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Batterien aus Schrott

14.06.2017

Direkte Umwandlung rostiger Edelstahlgewebe in stabile, kostengünstige Elektroden für Kaliumionenbatterien

Abfall sinnvoll verwerten und gleichzeitig ein technisches Problem innovativ lösen – das gelang chinesischen Wissenschaftlern, indem sie verrostete Edelstahlgewebe direkt zu Elektroden mit hervorragenden elektrochemischen Eigenschaften machen, die für Kaliumionen-Akkus ideal sind.


Verrostete Edelstahlgewebe werden zu Elektroden mit hervorragenden elektrochemischen Eigenschaften.

(c) Wiley-VCH

Wie sie in der Zeitschrift Angewandte Chemie berichten, wird der Rost direkt in eine kompakte Schicht einer Gitterstruktur umgewandelt, die gut Kaliumionen speichern kann. Eine Beschichtung mit reduziertem Graphitoxid erhöht die Leitfähigkeit und die Stabilität während der Lade-/Entlade-Zyklen.

Die zunehmende Nutzung erneuerbarer Energien erfordert eine effektive Zwischenspeicherung des Stroms im Netz. Lithiumionen-Akkus, bereits breit eingesetzt in tragbaren elektronischen Geräten, sind vielversprechende Kandidaten.

Ein Lithiumionen-Akku basiert auf einer Verschiebung von Lithiumionen. Beim Laden wandern sie zur Graphit-Elektrode, wo sie zwischen den Kohlenstoffschichten eingelagert werden. Beim Entladen werden sie wieder freigesetzt. Lithium ist jedoch teuer und die Reserven sind begrenzt. Eine Alternative stellen Natriumionen-Akkus dar.

„Kalium ist ebenso günstig und verfügbar wie Natrium, aber Kaliumionen-Akkus wären unter elektrischen Aspekten überlegen“, berichtet Xin-bo Zhang. „Probleme bereitet bisher allerdings der deutlich größere Radius der Kaliumionen. Ihr wiederholtes Einlagern und Freisetzen destabilisiert gängige Elektrodenmaterialien.“

Zhang und das Team von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften sowie der Jilin-Universität (Changchun, China) fanden eine elegante Lösung – indem sie ein Abfallprodukt als Ausgangsmaterial für neuartige Elektroden wählten: ausgemusterte Edelstahlgewebe aus Filtern und Sieben.

Trotz deren exzellenter Beständigkeit kommt es unter rauen Bedingungen zu einer gewissen Korrosion. Die Metalle lassen sich im Hochofen zwar rückgewinnen, aber das ist ein kosten-, zeit- und energieaufwändiges Verfahren, das Emissionen verursacht. Zhang: „Nun könnte sich mit der Umwandlung in Elektroden ein ökologisch und ökonomisch sinnvolleres Recycling auftun.“

Die korrodierten Gewebe werden in eine Kaliumferricyanid-Lösung („gelbes Blutlaugensalz“, bekannt als Schönungsmittel für Wein) getaucht. Dabei lösen sich Eisen-, Chrom- und Nickelionen aus der Rostschicht und bilden mit Ferricyanid-Ionen das Komplexsalz Berliner Blau, ein tiefblaues Pigment, das sich als gerüstartige Nanowürfel auf der Oberfläche der Gewebe ablagert. Kaliumionen können darin leicht und rasch eingelagert und wieder freigesetzt werden.

Per Tauchbeschichtung tragen die Forscher anschließend Graphenoxid auf (oxidierte Graphit-Lagen). Die Schicht schmiegt sich fest an die Nanowürfel. Bei der folgenden Reduktion wird das Graphenoxid zu reduziertem Graphenoxid (RGO) umgewandelt, Graphitlagen mit vereinzelten Sauerstoffatomen. Zhang: „Die RGO-Beschichtung verhindert das Klumpen und Ablösen des aktiven Materials. Gleichzeitig erhöht sie die Leitfähigkeit deutlich und eröffnet ultraschnelle Elektronentransportwege.“

In Tests zeigten Knopfzellen mit den neuen Elektroden ausgezeichnete Kapazitäten, Entladespannungen, Entladungsraten sowie eine herausragende Zyklenstabilität. Da die kostengünstigen bindemittelfreien Elektroden sehr flexibel sind, wären sie für biegsame elektronische Geräte geeignet.

Angewandte Chemie: Presseinfo 19/2017

Autor: Xinbo Zhang, Changchun Institute of Applied Chemistry (CIAC), Chinese Academy of Sciences (China), http://energy.ciac.jl.cn/

Permalink to the original article: https://doi.org/10.1002/ange.201702711

Angewandte Chemie, Postfach 101161, 69451 Weinheim, Germany

Weitere Informationen:

http://presse.angewandte.de

Dr. Karin J. Schmitz | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Ein Roboter als Mitbewohner
16.01.2019 | Universität Siegen

nachricht Präziser Blick ins Innerste von Transistoren hilft Energie sparen
10.01.2019 | Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Implantate aus Nanozellulose: Das Ohr aus dem 3-D-Drucker

Aus Holz gewonnene Nanocellulose verfügt über erstaunliche Materialeigenschaften. Empa-Forscher bestücken den biologisch abbaubaren Rohstoff nun mit zusätzlichen Fähigkeiten, um Implantate für Knorpelerkrankungen mittels 3-D-Druck fertigen zu können.

Alles beginnt mit einem Ohr. Empa-Forscher Michael Hausmann entfernt das Objekt in Form eines menschlichen Ohrs aus dem 3-D-Drucker und erklärt: «Nanocellulose...

Im Focus: Nanocellulose for novel implants: Ears from the 3D-printer

Cellulose obtained from wood has amazing material properties. Empa researchers are now equipping the biodegradable material with additional functionalities to produce implants for cartilage diseases using 3D printing.

It all starts with an ear. Empa researcher Michael Hausmann removes the object shaped like a human ear from the 3D printer and explains:

Im Focus: Roter Riesenvollmond in den Morgenstunden des 21. Januar

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde und des Hauses der Astronomie in Heidelberg - Frühaufsteher sind diesmal im Vorteil: Wer am Morgen des 21. Januar 2019 vor 6:45 Uhr einen Blick an den Himmel wirft, kann eine totale Mondfinsternis bestaunen. Dann leuchtet der sonst so strahlende Vollmond zwischen den Sternbildern Zwillingen und Krebs glutrot.

Um das Finsternis-Spektakel in seiner gesamten Länge zu verfolgen, muss man allerdings sehr früh aus dem Bett: Kurz nach 4:30 Uhr beginnt der Mond sich langsam...

Im Focus: Atomarer Mechanismus der Supraschmierung aufgeklärt

Das Phänomen der sogenannten Supraschmierung ist bekannt, es war jedoch auf atomarer Ebene bislang nicht zu erklären: Wie entsteht die extrem niedrige Reibung beispielsweise in Lagern? Forscherinnen und Forscher der Fraunhofer-Institute IWM und IWS entschlüsselten gemeinsam einen universellen Mechanismus der Supraschmierung bei bestimmten diamantähnlichen Kohlenstoffschichten in Verbindung mit organischen Schmierstoffen. Auf dieser Wissensbasis ist es nun möglich, Designregeln für supraschmierende Schicht-Schmierstoff-Kombinationen zu formulieren. Die Ergebnisse präsentiert ein Artikel der Zeitschrift Nature Communications, Ausgabe 10.

Eine der wichtigsten Grundvoraussetzungen für nachhaltige und umweltfreundliche Mobilität ist, Reibung zu minimieren. Diesem wichtigen Vorhaben widmen sich...

Im Focus: Elucidating the Atomic Mechanism of Superlubricity

The phenomenon of so-called superlubricity is known, but so far the explanation at the atomic level has been missing: for example, how does extremely low friction occur in bearings? Researchers from the Fraunhofer Institutes IWM and IWS jointly deciphered a universal mechanism of superlubricity for certain diamond-like carbon layers in combination with organic lubricants. Based on this knowledge, it is now possible to formulate design rules for supra lubricating layer-lubricant combinations. The results are presented in an article in Nature Communications, volume 10.

One of the most important prerequisites for sustainable and environmentally friendly mobility is minimizing friction. Research and industry have been dedicated...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Superbeschleuniger im Fokus

16.01.2019 | Veranstaltungen

BMBF-Technologiegespräch: „Materialinnovationen und Start-up“

16.01.2019 | Veranstaltungen

Tagung zu Antibiotikaresistenzen

15.01.2019 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Superbeschleuniger im Fokus

16.01.2019 | Veranstaltungsnachrichten

BMBF-Technologiegespräch: „Materialinnovationen und Start-up“

16.01.2019 | Veranstaltungsnachrichten

Fliegende optische Katzen für die Quantenkommunikation

16.01.2019 | Physik Astronomie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics