É bem difícil ver aço inoxidável enferrujar, mas isso pode acontecer em algumas aplicações mais extremas. Uma nova maneira de reciclá-lo pode ajudar a melhorar a eficiência de fontes renováveis de energia.
Um desses usos extremos do aço inox é na fabricação de retículas para peneiras ou malhas usadas na filtragem de resíduos da indústria química. Isso pode ajudar a reduzir a poluição mas também reduz a durabilidade do aço inoxidável em alguns casos. Eventualmente, alguns pontos de corrosão começam a aparecer e é filtro o inox que torna-se um resíduo.
Outro problema existente na indústria é a exigência cada vez maior de armazenamento de energia gerada por fontes renováveis descontínuas, como as usinas solares e eólicas. Baterias de íon de lítio, já usadas em produtos eletrônicos, poderiam ser úteis nesse caso. Nesse tipo de bateria, os íons de lítio movem-se na direção do eletrodo de grafite durante o carregamento e ficam armazenadas entre as camadas de carbono. Na descarga, os íons são liberados desse sanduíche aos poucos. O problema é que o lítio é caro, tem reservas limitadas e, em alguns casos, explode. Baterias de íons de sódio ou mesmo de potássio tem sido testadas como alternativa para o armazenamento de energia em grande escala. Só que os íons de potássio são maiores e é mais difícil armazená-los com os eletrodos atuais.
Cientistas da China encontraram um jeito de resolver esses dois problemas de uma vez só. Para isso, eles propõem uma nova forma de reciclar o aço inox corroído e utilizá-lo em eletrodos que seriam o ideal para as baterias de íon de potássio. Já existem formas de reciclar os filtros usados de aço inox, mas o processo é caro, precisa de muita energia e produz muitas emissões de poluentes. Para Xin-Bo Zhang, a “conversão em eletrodos poderia desenvolver uma forma mais ecológica e economicamente sensível de reciclagem” do inox, segundo comunicado divulgado pelo Phys.org.
Em colaboração com pesquisadores da Academia de Ciências da China e da Universidade Jilin (também na China), Zhang propôs um novo método de reciclagem em paper publicado na revista Angewandte Chemie. A reciclagem proposta por Zhang et. al. começa com um banho de ferrocianeto de potássio nos filtros corroídos.
Essa substância dissolve as camadas de ferrugem formada por íons de ferro, crômio e níquel. Esses íons se combinam com o ferrocianto e formam um sal complexo e azulado conhecido como azul-da-Prússia. Os grãos desse resíduo/pigmento formam nanocubos que se encaixam nos furinhos das retículas do filtro. Dentro desses nanocubos azuis, por sua vez, ficam guardados os íons de potássio, que podem ser liberados dessas estruturas e recarregados mais tarde.
No entanto, esse efeito é apenas temporário, já que os cubinhos de azul-da-Prússia podem se desprender facilmente da malha de inox. Para evitar isso, os cientistas aplicam duas camadas de grafeno. A primeira, feita de óxido de grafeno, serve como uma espécie de verniz. A segunda camada é de óxido de grafeno reduzido, que contém alguns átomos de oxigênio entre as camadas de grafite. Zhang explica que essa camada de grafeno duplamente oxidado “inibe tanto o embolotamento quanto o desprendimento do material ativo e, ao mesmo tempo, aumenta significativamente a condutividade”. O resultado é uma malha que transporta os elétrons de maneira superveloz.
Além do processo de reciclagem e fabricação de eletrodos de inox para íons de potássio, o paper também descreve os resultados dos primeiros testes em laboratório. Células do tamanho de uma moeda feitas com esses novos eletrodos de inox mostraram excelente capacidade de armazenamento, boas voltagens de descarga e uma estabilidade dos ciclos de carga e recarga acima do esperado. Além de serem feitos de material reciclado e ter bom desempenho, esses eletrodos de inox são bastante flexíveis e poderiam ser usados em dispositivos eletrônicos dobráveis ou vestíveis.
Referência
Yun-hai Zhu et al. Transformation of Rusty Stainless-Steel Meshes into Stable, Low-Cost, and Binder-Free Cathodes for High-Performance Potassium-Ion Batteries [Transformação de Malhas de Aço Inox Corroídas em Cátodos Estáveis, de Baixo Custo e Dobráveis para Baterias de Íon de Potássio de Alta Performance] Angewandte Chemie International Edition (2017). DOI: 10.1002/anie.201702711
