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美国工程师发现,微波塑料能增添锂硫电池寿命
来源:技术质量管理部 日期:2018-06-27 访问次数: 字号:[ ]

废弃塑料一直以来都是困扰人们的世界性难题,而美国普度大学(Purdue University)工程师想出一个可以解决废弃塑料,同时提升锂硫电池寿命方法。

锂硫电池理论能量密度为锂离子电池 3 到 5 倍之多,高达 2,600Whkg,为电动车与笔记本电脑电池重要条件,因此被称为锂离子电池下一代技术,只不过该电池充电循环仅有短短 100 次。

普度大学团队找出一个一箭双雕的方法,可同时解决塑料回收与电池寿命问题,根据其在《ACS Applied Materials and Interfaces》研究,首先将诸如透明塑料袋等无墨塑料浸泡在含硫溶液中,再将其微波并制成电池中的碳支架,可将锂硫电池充电循环提升到 200 次。

普度大学化学工程助理教授 Vilas Pol 表示,不管回收多少次,塑料一直都会存在世界上,团队只是想出一个办法提升塑料价值。

低密度聚乙烯常用于塑料与包装,为塑料污染主要元凶,但它在实验中竟摇身一变成解决锂硫电池长期问题关键。该障碍被称为多硫化物穿梭效应(polysulfide shuttling effect),会导致电池充电容量与寿命下降。

锂硫电池顾名思义就是利用锂与硫构成,当电流通过时,锂离子会迁移到硫并发生化学反应,进而产生硫化锂(lithium sulfide),然而该反应副产物多硫化物容易回到锂电极,并阻碍锂离子移动,这将会降低电池的充电容量以及寿命。

普度大学化学工程研究员 Patrick Kim 指出,阻断多硫化物最简单方法便是在锂和硫之间打造物理屏障。

以往研究也有想过要用此办法解决问题,像是香蕉皮和开心果壳等生质能,利用生物质衍生碳中的孔隙捕获多硫化物。Pol 表示,每种材料各有益处,但生物质易于保存、更适合用在其他地方,而废弃塑料就真正只是无用又沉重的材料。

因此研究员想将塑料纳入电池的碳支架,且过去研究也指出,低密度聚乙烯塑料与磺化基团(sulfonated group)结合后也会产生碳。

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(Source:普度大学)

研究员借由将塑料袋浸入含硫溶剂中,并将其放入微波炉中,以便宜有效的方式将温度升高并将塑料转化成低密度聚乙烯,且热能还可以促进塑料磺化和碳化,让孔隙更密集,捕获更多多硫化物,最终制成碳支架将锂与硫分开。

Kim 表示,用这个方法制作出来的塑料衍生碳与磺化基团会带有负电荷,而这也是多硫化物具有的特性,因此将磺化低密度聚乙烯制成碳支架,利用相似化学特性来阻挡多硫化物。Pol 则指出,这是提高锂硫电池容量的第一步,下一步就是利用此概念制造更大的电池。

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