微波塑料可增加锂硫电池的使用寿命

　　研究人员已经发现，将低密度塑料浸泡在含硫溶剂中，将其放入微波炉中并将其转化为碳支架，可使锂硫电池的使用寿命更长，并保持较高的容量。

　　普渡大学的工程师已经想出了一种解决塑料垃圾填埋问题的方法，同时也改进了电池-将无墨塑料浸入含硫溶剂中，放入微波炉中，然后作为碳支架放入电池中。

　　锂硫电池被誉为替代当前锂离子电池品种的下一代电池。锂硫电池比锂离子电池更便宜，能量更密集，这将成为从电动汽车到笔记本电脑等各种重要特性。

　　但是，锂硫电池的敲击事实是，它们持续的时间并不长，可用于大约100个充电周期。

　　普渡大学的研究人员已经找到了一种方法来增加在一个过程中的使用寿命，该过程具有作为回收塑料的便利方式的额外好处。最近在ACS应用材料和界面上发表的过程显示，将硫磺浸泡的塑料放入包括透明塑料袋在内的微波炉中，可将材料转化为理想物质，从而将即将到来的电池的使用寿命提高到200次以上-充电周期。

　　普渡大学化学工程学院副教授维拉斯波尔说：“无论你回收塑料多少次，塑料都会留在地球上。“我们一直在想办法摆脱它很长一段时间，这是一种至少可以增加价值的方法。”

　　减少垃圾填埋的必要性与使锂硫电池足以满足商业用途并行同步。

　　“由于锂硫电池越来越受欢迎，我们希望获得更长的寿命，”波尔说。

　　低密度聚乙烯塑料用于包装并含有大量塑料废料，有助于解决锂硫电池长期存在的问题-这种现象称为多硫化物穿梭效应，限制了电池可以持续多长时间收费。

　　顾名思义，锂硫电池具有锂和硫。当施加电流时，锂离子迁移到硫并发生化学反应以产生硫化锂。该反应副产物多硫化物倾向于回到锂侧并防止锂离子迁移到硫中。这会降低电池的充电容量以及寿命。

　　“阻断多硫化物最简单的方法是在锂和硫之间设置物理屏障，”普渡大学化学工程研究助理研究员帕特里克金说。

　　以前的研究试图用生物质制造这种屏障，例如香蕉皮和阿月浑子壳，因为生物质衍生碳中的孔隙有可能捕获多硫化物。

　　“每种材料都有它自己的好处，但生物质很好保存，可以用于其他目的，”波尔说。“废塑料是真正无价值和负担沉重的材料。”

　　相反，研究人员想到如何将塑料并入碳支架以抑制电池中的多硫化物穿梭。过去的研究表明，低密度聚乙烯塑料与磺化基团结合后会产生碳。

　　研究人员将一个塑料袋浸入含硫溶剂中，并将其放入微波炉中便宜地提供转化为低密度聚乙烯所需的温度快速升高。热量促进了塑料的磺化和碳化，并且引起更高密度的捕获多硫化物的孔隙。然后可以将低密度聚乙烯塑料制成碳脚手架，以将电池纽扣电池的锂和硫的一半分开。

　　“来自这个过程的塑料衍生碳包括带负电荷的磺酸盐基团，这也是多硫化物所具有的，”Kim说。磺化低密度聚乙烯制成碳支架，因此通过具有类似的化学结构抑制了多硫化物。

　　“这是提高电池容量保持率的第一步，”Pol说。“下一步就是利用这个概念来制造更大尺寸的电池。”

　　这项研究得到了海军企业合作伙伴关系，在普渡大学与国立卓越电力和能源研究中心合作。