Převrat v energetice: Vědci proměnili odpad z telefonů a ligninu v sodíkový bateriový materiál s kapacitou 1062 mAh/g

Vědci v Číně dosáhli významného pokroku v oblasti energetiky, když přeměnili vyřazené baterie z mobilních telefonů a průmyslový ligninový odpad na materiál pro anody sodíkových baterií.

Vědci v Číně dosáhli významného pokroku v oblasti energetiky, když přeměnili vyřazené baterie z mobilních telefonů a průmyslový ligninový odpad na materiál pro anody sodíkových baterií. Tento nový kompozitní materiál vykazuje výrazně lepší výkon v ukládání energie a představuje slibnou nízkonákladovou alternativu ke konvenčním součástem lithium-iontových baterií.

Tým vyvinul kompozit nazvaný NiCo₂S₄/Co₉S₈@LC50, který vznikl kombinací recyklovaných kovů ze spotřebovaných baterií telefonů Nokia s uhlíkem získaným z ligninu. Lignin je vedlejší produkt, který se ve velkém množství generuje v papírenském a biomasovém průmyslu. Výzkumníci uvedli, že výsledná struktura připomínající včelí plástve zlepšuje vodivost, transport sodíkových iontů a strukturální stabilitu během provozu baterie.

Sodíkové baterie získávají na popularitě jako levnější alternativa k lithium-iontovým systémům, protože sodík je hojnější a snáze dostupný. Mnoho anodových materiálů pro sodíkové baterie se však stále potýká s nízkou cyklickou stabilitou a omezeným výkonem, což omezuje jejich komerční využitelnost. Vědci z Henanské normální univerzity a Technologické univerzity Qilu se rozhodli tento problém řešit strategií „odpad z odpadu“, která přeměňuje jak elektronický odpad, tak průmyslové zbytky biomasy na funkční bateriový materiál.

Proces zahrnoval extrakci a syntézu NiCo₂S₄ z vyřazených baterií pomocí hydrotermálního procesu. Následně byl průmyslový lignin purifikován a zkombinován s recyklovaným sulfidovým prekurzorem, poté proběhla alkalická úprava, aktivace a karbonizace v dusíkové atmosféře. Testy ukázaly, že přidání ligninu nejenže zavedlo uhlík do materiálu, ale během karbonizace také pomohlo generovat sekundární fázi Co₉S₈, čímž vznikla duální sulfidová struktura obalená uhlíkem odvozeným z ligninu.

Analýza mikroskopem a spektroskopií potvrdila vznik mezoporézní struktury připomínající včelí plástve, která zlepšila přístup elektrolytu a urychlila pohyb sodíkových iontů uvnitř elektrody. Elektrochemické testování ukázalo, že optimalizovaný materiál dosáhl počáteční vybíjecí kapacity 1 062,8 mAh g⁻¹ a po 100 cyklech nabíjení a vybíjení si udržel 244,5 mAh g⁻¹. Po 300 cyklech při 0,5 A g⁻¹ si udržel kapacitu 207 mAh g⁻¹. Materiál také prokázal lepší chování při přenosu náboje a difuzi sodíkových iontů ve srovnání s jinými testovanými vzorky.

Tato práce zdůrazňuje rostoucí úsilí o vývoj bateriových materiálů z recyklovaných surovin, jelikož průmysl skladování energie hledá nízkonákladové a udržitelnější alternativy ke konvenčním systémům na bázi lithia. Vyřazené baterie představují environmentální výzvy, protože obsahují recyklovatelné kovy, které se často plýtvají, pokud nejsou správně recyklovány. Průmyslový lignin čelí podobnému problému, kdy se velká část spaluje nebo likviduje, přestože se celosvětově vyrábí v obrovském množství. Kombinací obou těchto odpadních proudů do jediného materiálu pro sodíkové baterie vědci věří, že tento přístup by mohl podpořit ekologičtější výrobu baterií pro budoucí systémy ukládání energie v síti, elektrická vozidla a přenosnou elektroniku. Studie byla publikována v časopise Biochar X.