Nagykapacitású elemek üveghulladékból, amelyet nanoszilícium-anódokká alakítottak egy olcsó kémiai eljárás alkalmazásával.
A kaliforniai egyetem és a Riverside’s Bourns Műszaki Főiskola kutatói használt üvegpalackokat és egy olcsó kémiai eljárást használtak nanoszilícium anódok létrehozására nagy teljesítményű lítium-ion akkumulátorokhoz. Melyek kibővíthetik az elektromos és a plug-in hibrid elektromos járművek körét. Több energiát biztosítanak kevesebb töltéssel a személyi elektronika, például a mobiltelefonok és a laptopok számára.
„Az üvegből származó szilícium, mint anód anyag lítium-ionos teljes cellás akkumulátorokhoz”, címmel jelent meg a kutatást leíró cikk a Nature folyóiratban. Elérhető, (angol nyelven) ide kattintva >>
Még a mai újrahasznosítási programok mellett is, milliárdnyi üvegpalack kerül hulladéklerakókba évente. Ez arra késztette a kutatókat, hogy vizsgálják, vajon a hulladékká váló italos palackokban lévő szilícium-dioxid képes nagy tisztaságú szilícium-nanorészecskéket adni a lítium-ion akkumulátorokhoz?
A szilícium-anódok akár tízszeres energiát is tárolhatnak, mint a hagyományos grafit-anódok. De a tágulás és a zsugorodás a töltés és kisülés során instabillá teszik őket. A szilícium nanoméretűre történő csökkentése bizonyítottan kisebbíti ezt a problémát. Így a bőséges és viszonylag tiszta szilícium-dioxid valamint az olcsó kémiai reakció kombinálásával, a kutatók lítium-ion félcellás elemeket hoztak létre. Amelyek majdnem négyszer több energiát tárolnak, mint a hagyományos grafit anódok.
Hogyan készült?
Az anódok elkészítéséhez a csapat háromlépéses eljárást alkalmazott. Amely magában foglalja az üvegpalackok őrlését és aprítását finom fehér porrá. Majd magnezotermikus redukciót, hogy a szilícium-dioxid nanostrukturált szilíciummá alakuljon. Végül a szilícium nanorészecskéket szénnel vonták be, stabilitásuk és energiatároló tulajdonságaik javítása érdekében.
A várakozásoknak megfelelően, az üvegpalackokból származó szilícium-anódok felhasználásával készült cellák nagyban meghaladták a hagyományos akkumulátorokat a laboratóriumi vizsgálatok során. A szénnel bevont üvegszármazású szilícium (gSi@C) elektródok kiváló elektrokémiai teljesítményt mutattak, ~ 1420 mAh/g kapacitással, C/2 értékkel 400 ciklus után.
„Egy hulladéktermékkel kezdtük, amelynek útja a lerakó felé vezetett. Ez volt a kiindulása a nagykapacitású elemek üveghulladékból projektnek. Mely során olyan elemeket hoztunk létre, amelyek több energiát tárolnak, gyorsabban töltődnek fel és stabilabbak, mint a hagyományos cellák. Ami nagyon ígéretes a következő generációs lítium-ion akkumulátorokra.”- mondta Changling Li, az anyagtudomány és a mérnöki tudományok végzős hallgatója és a cikk vezető szerzője.
(forrás: technology.org)
