普渡大学工程师利用微波塑料来增加锂硫电池的使用寿命

　　普渡大学（美国印第安纳州西拉法叶市）的工程师们发现了一种减少垃圾填埋场塑料量同时改善电池的方法。该方法包括将浸泡在含硫溶剂中的无墨塑料放入微波炉中，然后作为碳支架装入电池中。

　　锂硫电池被誉为下一代电池以取代目前的锂离子电池品种。Purdue发布的新闻稿称，锂硫电池比锂离子电池更便宜，能量更密集，这是锂离子电池从电动汽车到笔记本电脑的重要特性。

　　锂硫电池的劣势直到现在，它们不会持续太久，可用于大约100个充电周期。

　　普渡大学的研究人员由海军企业合作伙伴与全美大学卓越力量和普渡大学的能源研究机构合作，通过一个可以方便地回收塑料的过程来增加寿命。根据最近发表在ACS应用材料与接口部门的一篇论文，将硫磺浸泡的塑料放入微波炉中可将材料转化为理想物质，从而将电池的使用寿命延长至200次充放电循环。

　　普渡大学化学工程学院副教授维拉斯波尔说：“不管你回收塑料的次数多少，塑料都留在地球上。”“我们一直在想办法摆脱它很长一段时间，这是至少增加价值的一种方式。

　　“由于锂硫电池越来越受欢迎，我们希望获得更长的寿命，”波尔补充说。

　　低密度聚乙烯（LDPE）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，限制了电池在充电之间持续的时间。当向锂硫电池施加电流时，锂离子迁移至硫并发生化学反应以产生硫化锂。该反应的副产物多硫化物倾向于回到锂侧，防止锂离子迁移到硫中。这会降低电池的充电容量及其使用寿命。

　　“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。

　　Purdue指出，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。

　　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，LDPE与磺化基团结合后会产生碳。

　　研究人员将一个塑料袋浸泡在含硫溶剂中，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的快速提升。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LDPE塑料制成碳支架，以将更好的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LDPE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。”