Ученые разработали устойчивое, экономически эффективное и высокопроизводительное решение, способствующее развитию экономики замкнутого цикла и поддерживающее переход к более экологичным методам хранения энергии.
Новый экологичный метод превращает отработанные батареи мобильных телефонов и промышленный лигнин в мощный материал для натрий-ионных аккумуляторов.
Это потрясающий пример инноваций в сфере экономики замкнутого цикла. Вместо того чтобы позволять этим материалам лежать на свалках или сгорать, команда из Китая даёт отходам высокотехнологичную вторую жизнь.
При тестировании в качестве анода натрий-ионной батареи этот композит из сульфидов никеля и кобальта и углерода, полученного из лигнина, продемонстрировал электрохимические результаты.
Использование доступных в больших количествах отходов может открыть возможности для снижения производственных затрат и улучшения вариантов хранения энергии как для электромобилей, так и для электросетей.
«Натрий-ионные батареи привлекательны, потому что натрий широко распространен, недорог и экологически безопасен», — пояснили исследователи из Шэньянского сельскохозяйственного университета в Китае.
«Однако разработка эффективных электродных материалов остается серьезной проблемой. Наша работа показывает, что отходы могут стать решением», — добавили они в пресс-релизе.
Более экологичный материал для батарей
Для этого процесса переработки отходов команда использовала метод гидротермального синтеза.
Этот процесс позволяет извлекать из старых батарей ключевые металлы, такие как никель и кобальт. После этого полученные соединения сплавляются с углеродом, полученным из лигнина. Лигнин является важным побочным продуктом производства бумаги и биотоплива.
Полученный композитный материал представляет собой не просто смесь переработанных материалов, но и высокофункциональный электрод.
Лигнин действует как прочное углеродное покрытие, повышая электропроводность и стабилизируя электрод, а выделенные сульфиды металлов обеспечивают необходимые реакционные центры для хранения ионов натрия.
Уникальная структура электродного материала способствует эффективному переносу ионов, обеспечивая при этом долговременную структурную целостность.
В ходе испытаний материал продемонстрировал начальную разрядную емкость, превышающую 1000 миллиампер-часов на грамм. Даже при высоких нагрузках он сохранял высокую и надежную работу.
«Даже при высоких плотностях тока материал сохранял заметную емкость, демонстрируя свою способность поддерживать быстрые процессы заряда и разряда», — заявили исследователи.
Циркулярная экономика
Для удовлетворения растущего спроса на экологически чистую энергию потребуются материалы, которые успешно сочетают в себе доступность и высокую производительность.
Натрий-ионные батареи часто рассматриваются как экологичное решение для хранения энергии благодаря более низкой стоимости и большей распространенности натрия по сравнению с литием.
Их можно использовать в таких областях, как хранение энергии в электросетях, электромобили и портативная электроника.
Однако, как правило, эти батареи испытывали проблемы с эффективными электродными материалами. Новый метод решает сразу две экологические проблемы: электронные отходы и переработку промышленных побочных продуктов.
Это позволяет создать устойчивый механизм переработки миллионов ежегодно заменяемых выброшенных батарей, одновременно преобразуя промышленный лигнин в ключевой компонент для технологий чистой энергии.
«Мы хотели выйти за рамки традиционной переработки и продемонстрировать действительно ценное повторное использование отходов», — отметили авторы. «Преобразуя отработанные батареи и промышленный лигнин в передовые энергетические материалы, мы можем снизить затраты, сохранить ресурсы и поддержать более чистые технологии».
Хотя лабораторные характеристики являются важным достижением, еще предстоит выяснить, можно ли масштабировать эту методику для более широкого применения.
В случае успеха этот метод может снизить производственные затраты и ускорить коммерческое внедрение натрий-ионных батарей.
Результаты исследования были опубликованы в журнале BiocharX.
Sourse: interestingengineering.com
