源自垃圾场的高性能电池
材料牛注：又是一次变废为宝，来看看新鲜出炉的垃圾场牌电池吧！
从垃圾场带一些金属屑，把它们放在玻璃罐中与普通家用化工产品混合，这样你就会拥有一个高性能的电池。
范德堡大学机械工程系的助理教授Cary Pint说：“想象一下，每年有数吨未来会成为可再生能源的金属废料被丢弃，这些可用于储能的有用物质不会是环境的负担。”
为了让这样的一个未来成为可能，Pint带领研究小组使用最常用的两种废料——钢和黄铜，制造了世界上第一个储能水平可与铅酸电池比拟且充放电速度可与超快速充电的超级电容器比拟的钢-铜电池。
由范德堡大学的材料科学跨学科计划和机械工程学院的本科生和研究生组成的研究团队已将这一成果发表在题为“From the Junkyard to the Power Grid: Ambient Processing of Scrap Metals into Nanostructured Electrodes for Ultrafast Rechargeable Batteries”的论文中。本周，这篇文章已在ACS Energy Letters杂志在线出版。
这一性能的秘密是阳极氧化，这是一种用于在铝表面形成耐受装饰性膜的常见手段。研究人员发现，当废钢和黄铜的废屑用常见的家用化工产品和住宅电流进行阳极氧化后，与水系电解质反应时，金属表面会改制为可储存和释放能量的纳米金属氧化物网络。
研究小组测定了这些纳米结构域以解释他们观察到的快速充电行为以及这种电池的特殊稳定性。他们测试了5000个连续的充电周期，这相当于超过13年的每日充电和放电，发现此电池保留了超过百分之90的容量。
不同于近来发生爆炸的锂离子手机电池，钢-铜电池使用了不易燃的水系电解质，其中含有用于洗衣粉的廉价盐——氢氧化钾。
Pint说：“当我们的目标是用一种便宜到让大规模生产失去意义的生产方式来生产电池材料。”
该研究小组对这一突破可能在未来的电池的生产中产生巨大影响感到十分兴奋。
Pint说：“我相信我们会看到居民和电网断开并生产属于自己的电池的那一天。我们看到，现在这一个运动的开始将引发一种大规模的产品开发和制造被分散和缩小到个体或群体的“创客文化”。到目前为止，电池一直在这种文化之外，但我坚信我们会看到居民和电网断开并生产属于自己的电池的那一天。”
范德堡大学的团队从一个可追溯到公元前的简单装置——巴格达电池中吸取了灵感。有人认为这是世界上最古老的电池，它由陶瓷赤陶土锅、铜片和铁棒组成，随着电解质的变迁而变迁。虽然对它的这种解释是有争议的，但这一简单装置对研究团队的设计提供了灵感。
该团队的下一步计划是建立一个适用于智能节能家居的完整的原型电池。
Pint说：“我们正在做这个项目的基础建设，我们期望的结果不是商业化，而是一个可以定向于大众的明确的指令集。这是一个关于电池研究的全新思考方式，它可以绕过网格规模储能方面的创新障碍。”
这个项目的共同作者和领导者有跨学科材料科学项目的研究生Nitin Muralidharan和Andrew Westover，范德堡大学机械工程学院本科生Nicholas Galioto和Haotian Sun，机械工程的研究生Rachel Carter和Adam Cohn，以及跨学科材料科学项目的研究生Landon Oakes。
这项工作是由美国国家航空和航天局、美国国家科学基金会研究生奖学金支持的，与PSC Metals的Matt McCarthy合作的。
原文链接：Making High-performance Batteries from Junkyard Scraps
本文由材料人编辑部杨树提供素材，赵玲编译，点我加入编辑部。
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