研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，將低密度塑料浸泡在含硫溶劑中，將其放入微波爐中并將其轉(zhuǎn)化為碳支架，可使鋰硫電池的使用壽命更長，并保持較高的容量。

普渡大學的工程師已經(jīng)想出了一種解決塑料垃圾填埋問題的方法，同時也改進了電池-將無墨塑料浸入含硫溶劑中，放入微波爐中，然后作為碳支架放入電池中。

鋰硫電池被譽為替代當前鋰離子電池品種的下一代電池。鋰硫電池比鋰離子電池更便宜，能量更密集，這將成為從電動汽車到筆記本電腦等各種重要特性。

但是，鋰硫電池的敲擊事實是，它們持續(xù)的時間并不長，可用于大約100個充電周期。

普渡大學的研究人員已經(jīng)找到了一種方法來增加在一個過程中的使用壽命，該過程具有作為回收塑料的便利方式的額外好處。最近在ACS應用材料和界面上發(fā)表的過程顯示，將硫磺浸泡的塑料放入包括透明塑料袋在內(nèi)的微波爐中，可將材料轉(zhuǎn)化為理想物質(zhì)，從而將即將到來的電池的使用壽命提高到200次以上-充電周期。

普渡大學化學工程學院副教授維拉斯波爾說：“無論你回收塑料多少次，塑料都會留在地球上。“我們一直在想辦法擺脫它很長一段時間，這是一種至少可以增加價值的方法。”

減少垃圾填埋的必要性與使鋰硫電池足以滿足商業(yè)用途并行同步。

“由于鋰硫電池越來越受歡迎，我們希望獲得更長的壽命，”波爾說。

低密度聚乙烯塑料用于包裝并含有大量塑料廢料，有助于解決鋰硫電池長期存在的問題-這種現(xiàn)象稱為多硫化物穿梭效應，限制了電池可以持續(xù)多長時間收費。

顧名思義，鋰硫電池具有鋰和硫。當施加電流時，鋰離子遷移到硫并發(fā)生化學反應以產(chǎn)生硫化鋰。該反應副產(chǎn)物多硫化物傾向于回到鋰側(cè)并防止鋰離子遷移到硫中。這會降低電池的充電容量以及壽命。

“阻斷多硫化物最簡單的方法是在鋰和硫之間設置物理屏障，”普渡大學化學工程研究助理研究員帕特里克金說。

以前的研究試圖用生物質(zhì)制造這種屏障，例如香蕉皮和阿月渾子殼，因為生物質(zhì)衍生碳中的孔隙有可能捕獲多硫化物。

“每種材料都有它自己的好處，但生物質(zhì)很好保存，可以用于其他目的，”波爾說。“廢塑料是真正無價值和負擔沉重的材料。”

相反，研究人員想到如何將塑料并入碳支架以抑制電池中的多硫化物穿梭。過去的研究表明，低密度聚乙烯塑料與磺化基團結(jié)合后會產(chǎn)生碳。

研究人員將一個塑料袋浸入含硫溶劑中，并將其放入微波爐中便宜地提供轉(zhuǎn)化為低密度聚乙烯所需的溫度快速升高。熱量促進了塑料的磺化和碳化，并且引起更高密度的捕獲多硫化物的孔隙。然后可以將低密度聚乙烯塑料制成碳腳手架，以將電池紐扣電池的鋰和硫的一半分開。

“來自這個過程的塑料衍生碳包括帶負電荷的磺酸鹽基團，這也是多硫化物所具有的，”Kim說。磺化低密度聚乙烯制成碳支架，因此通過具有類似的化學結(jié)構(gòu)抑制了多硫化物。

“這是提高電池容量保持率的第一步，”Pol說。“下一步就是利用這個概念來制造更大尺寸的電池。”

這項研究得到了海軍企業(yè)合作伙伴關(guān)系，在普渡大學與國立卓越電力和能源研究中心合作。