Upcycling spent alkaline batteries into rechargeable zinc metal batteries

材料科学 碱性电池 阳极 电池(电) 阴极 电极 储能 金属 电偶阳极 化学工程 纳米技术 冶金
作者
Zhixiao Xu,Nianji Zhang,Xiaolei Wang,Zhixiao Xu,N. Zhang,Xiaolei Wang
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier]
卷期号:102: 107724-107724
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2022.107724
摘要

Recycling/upcycling alkaline batteries are significant for the sustainable development. Here, for the first time, we upcycle spent alkaline batteries into rechargeable Zn metal batteries through a simple thermal treatment of electrode waste. The regenerated Zn powder anode shows super-zincophilicity and low overpotentials even under fast rates (8 mA cm −2 ) and high depth-of-discharge (50%), which can be ascribed to high orientation of favorable (002) plane and induced horizontal plating behavior. The regenerated cathode composed of MnO 2 and MnOOH manifests enhanced capacity in comparison to pristine ones. Under a low negative-to-positive capacity ratio of 3.8 and high loading of ~10 mg cm −2 , the regenerated electrodes are paired to fabricate zinc metal batteries which demonstrate high energy and power densities (94 Wh kg −1 , 1349 W kg −1 ), holding potential for practical applications. Given the sustainable, low-cost, environmental-friendly, and value-added features, the strategy proposed here will open a new pathway toward battery recycling/upcycling. • A “two-birds-one-stone strategy” is developed for recycling alkaline battery electrodes and reshape them for rechargeable zinc-ion batteries; • Upcycled zinc-ion batteries deliver excellent performance at high loadings, high DOD, and low N/P ratios; • Mechanisms are investigated on recycled electrode materials; • Such simple strategy and practice paves a new avenue and holds great potential for practical application.
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