源自垃圾場的高性能電池
材料牛注：又是一次變廢為寶，來看看新鮮出爐的垃圾場牌電池吧！
從垃圾場帶一些金屬屑，把它們放在玻璃罐中與普通家用化工產品混合，這樣你就會擁有一個高性能的電池。
范德堡大學機械工程系的助理教授Cary Pint說：“想象一下，每年有數噸未來會成為可再生能源的金屬廢料被丟棄，這些可用于儲能的有用物質不會是環境的負擔。”
為了讓這樣的一個未來成為可能，Pint帶領研究小組使用最常用的兩種廢料——鋼和黃銅，制造了世界上第一個儲能水平可與鉛酸電池比擬且充放電速度可與超快速充電的超級電容器比擬的鋼-銅電池。
由范德堡大學的材料科學跨學科計劃和機械工程學院的本科生和研究生組成的研究團隊已將這一成果發表在題為“From the Junkyard to the Power Grid: Ambient Processing of Scrap Metals into Nanostructured Electrodes for Ultrafast Rechargeable Batteries”的論文中。本周，這篇文章已在ACS Energy Letters雜志在線出版。
這一性能的秘密是陽極氧化，這是一種用于在鋁表面形成耐受裝飾性膜的常見手段。研究人員發現，當廢鋼和黃銅的廢屑用常見的家用化工產品和住宅電流進行陽極氧化后，與水系電解質反應時，金屬表面會改制為可儲存和釋放能量的納米金屬氧化物網絡。
研究小組測定了這些納米結構域以解釋他們觀察到的快速充電行為以及這種電池的特殊穩定性。他們測試了5000個連續的充電周期，這相當于超過13年的每日充電和放電，發現此電池保留了超過百分之90的容量。
不同于近來發生爆炸的鋰離子手機電池，鋼-銅電池使用了不易燃的水系電解質，其中含有用于洗衣粉的廉價鹽——氫氧化鉀。
Pint說：“當我們的目標是用一種便宜到讓大規模生產失去意義的生產方式來生產電池材料。”
該研究小組對這一突破可能在未來的電池的生產中產生巨大影響感到十分興奮。
Pint說：“我相信我們會看到居民和電網斷開并生產屬于自己的電池的那一天。我們看到，現在這一個運動的開始將引發一種大規模的產品開發和制造被分散和縮小到個體或群體的“創客文化”。到目前為止，電池一直在這種文化之外，但我堅信我們會看到居民和電網斷開并生產屬于自己的電池的那一天。”
范德堡大學的團隊從一個可追溯到公元前的簡單裝置——巴格達電池中吸取了靈感。有人認為這是世界上最古老的電池，它由陶瓷赤陶土鍋、銅片和鐵棒組成，隨著電解質的變遷而變遷。雖然對它的這種解釋是有爭議的，但這一簡單裝置對研究團隊的設計提供了靈感。
該團隊的下一步計劃是建立一個適用于智能節能家居的完整的原型電池。
Pint說：“我們正在做這個項目的基礎建設，我們期望的結果不是商業化，而是一個可以定向于大眾的明確的指令集。這是一個關于電池研究的全新思考方式，它可以繞過網格規模儲能方面的創新障礙。”
這個項目的共同作者和領導者有跨學科材料科學項目的研究生Nitin Muralidharan和Andrew Westover，范德堡大學機械工程學院本科生Nicholas Galioto和Haotian Sun，機械工程的研究生Rachel Carter和Adam Cohn，以及跨學科材料科學項目的研究生Landon Oakes。
這項工作是由美國國家航空和航天局、美國國家科學基金會研究生獎學金支持的，與PSC Metals的Matt McCarthy合作的。
原文鏈接：Making High-performance Batteries from Junkyard Scraps
本文由材料人編輯部楊樹提供素材，趙玲編譯，點我加入編輯部。
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