Kinesiska forskare har utnyttjat avfallet på ett bra sätt samtidigt som de har hittat en innovativ lösning på ett tekniskt problem genom att omvandla rostigt nät av rostfritt stål till elektroder med enastående elektrokemiska egenskaper som gör dem idealiska för kaliumjonbatterier. Som rapporterats i tidningen Angewandte Chemie , rosten omvandlas direkt till ett kompakt lager med en gallerstruktur som kan lagra kaliumjoner. En beläggning av reducerad grafitoxid ökar konduktiviteten och stabiliteten under laddnings-/urladdningscykler.

En ökad användning av förnybar energi kräver effektiv energilagring inom nätet. Litiumjonbatterier, används ofta i bärbar elektronik, är lovande kandidater. Litiumjonbatterier är baserade på förskjutning av litiumjoner. Under laddning, jonerna rör sig mot grafitelektroden, där de lagras mellan lagren av kol. Vid urladdning, de släpps. Dock, litium är dyrt och reserver är begränsade. Natriumjonbatterier har undersökts som ett alternativ.

"Kaliumjoner är lika billiga och lätt tillgängliga som natrium, och kaliumjonbatterier skulle vara överlägsna ur den elektriska aspekten, " rapporterar Xin-Bo Zhang. "Men, kaliumjonernas betydligt större radie har ställt till problem. Upprepad lagring och frisättning av dessa joner destabiliserar de material som för närvarande används i elektroder."

Zhang och ett team från den kinesiska vetenskapsakademin och Jilin University (Changchun, Kina) har nu hittat en elegant lösning i sin användning av avfallsmaterial för att tillverka nya elektroder:avvisat nät av rostfritt stål från filter och siktar. Trots den utmärkta hållbarheten hos dessa galler, hårda förhållanden leder till viss korrosion. Metallen kan återvinnas i en ugn, men denna process kräver mycket pengar, tid, och energi, samt producera utsläpp. Zhang säger:"Omvandling till elektroder kan utvecklas till en mer ekologiskt och ekonomiskt förnuftig form av återvinning."

Det korroderade nätet doppas i en lösning av kaliumferrocyanid (gul kaliumkalium, känt som ett bötesmedel för vin). Detta löser upp järn, krom, och nickeljoner ur rostskiktet. Dessa kombineras med ferricyanidjoner till det komplexa saltet som kallas preussiskt blått, ett mörkblått pigment som deponeras på ytan av nätet som ställningsliknande nanokubar. Kaliumjoner kan enkelt och snabbt lagras i och frigöras från dessa strukturer.

Forskarna använder sedan en dip-coating-process för att avsätta ett lager av grafenoxid (oxiderade grafitlager). Detta lager ligger tätt intill nanokuberna. Efterföljande reduktion omvandlar grafenoxiden till reducerad grafenoxid (RGO), som består av lager av grafit med isolerade syreatomer. Zhang förklarar, "RGO -beläggningen hämmar klumpning och lossning av det aktiva materialet. Samtidigt det ökar avsevärt konduktiviteten och öppnar ultrasnabba elektrontransportvägar."

I tester, myntceller gjorda med dessa nya elektroder visar utmärkt kapacitet, urladdningsspänningar, hastighetsförmåga, och enastående cykelstabilitet. Eftersom det är billigt, bindemedelsfria elektroder är mycket flexibla, de är mycket lämpliga för användning i flexibla elektroniska enheter.