Использование пластмасс в микроволновых печах может увеличить срок службы литиево-серных батарей

Исследователи обнаружили, что замачивание пластика низкой плотности в серосодержащем растворителе, помещение его в микроволновую печь и преобразование в углеродную скобу может сделать литий-серные батареи более полезными и сохранить более высокую емкость.

Инженеры из Университета Пердью придумали решение проблемы пластиковых свалок, а также улучшили батареи, погружая пластмассы без чернил в серосодержащие растворители, в микроволновые печи, а затем помещая их в батареи в качестве угольных скоб.

Литий-серные батареи известны как батареи следующего поколения, которые заменяют существующие литий-ионные батареи. Литий-серные батареи дешевле и энергозатратнее, чем литий-ионные, что делает их важными функциями, начиная от электромобилей и заканчивая ноутбуками.

Однако факт, что литиево-серные батареи поражают, заключается в том, что они не работают долго и могут использоваться примерно в течение 100 циклов зарядки.

Исследователи из Университета Пердью нашли способ продлить срок службы процесса, который имеет дополнительное преимущество - это удобный способ вторичной переработки пластмасс. Недавно опубликованные процессы по приложениям и интерфейсам ACS показали, что пропитанные серой пластмассы можно превратить в идеальные вещества, поместив их в микроволновые печи, в том числе в прозрачные пластиковые пакеты. Это увеличит срок службы будущей батареи до более чем 200 циклов подзарядки.

«Независимо от того, сколько раз вы перерабатываете пластик, он остается на Земле», - сказал Вейласибер, доцент Школы химической инженерии Университета Пердью. «Мы долгое время пытались от этого избавиться. Это способ как минимум повысить ценность».

Необходимость сокращения количества свалок синхронизирована с необходимостью сделать литиево-серные элементы, пригодные для коммерческого использования.

«Поскольку литий-серные батареи становятся все более популярными, мы надеемся продлить срок их службы», - сказал Бор.

Полиэтиленовые пластмассы низкой плотности используются для упаковки и содержат большое количество пластиковых отходов, что помогает решить долговременную проблему литий-серных батарей - явление, называемое эффектом полисульфидного челнока, которое ограничивает время, в течение которого аккумулятор может заряжаться.

Как следует из названия, литий-серные батареи содержат литий и серу. При подаче тока ионы лития мигрируют в серу и химически реагируют с образованием сульфида лития. Полисульфид, побочный продукт реакции, имеет тенденцию возвращаться на литиевую сторону и предотвращает миграцию ионов лития в серу. Это уменьшит емкость и срок службы аккумулятора.

«Самый простой способ заблокировать полисульфиды - это установить физический барьер между литием и серой», - сказал Пателикейин, младший научный сотрудник химической инженерии в Университете Пердью.

Предыдущие исследования пытались создать такие барьеры с использованием биомассы, такой как кожура банана и панцирь фугу, потому что поры в углероде, полученном из биомассы, могут захватывать полиметаллические сульфиды.

«У каждого материала есть свои преимущества, но биомасса хорошо сохраняется и может использоваться для других целей», - сказал Бор. «Пластмассовые отходы - действительно бесполезный и тяжелый материал».

Вместо этого исследователи придумали, как вставить пластик в угольную скобу, чтобы предотвратить перенос полиметаллических сульфидов через батарею. Предыдущие исследования показали, что полиэтиленовые пластики низкой плотности объединяются с сульфированными группами с образованием углерода.

Исследователи окунули полиэтиленовый пакет в серосодержащий растворитель и дешево поместили его в микроволновую печь, чтобы обеспечить быстрое повышение температуры, необходимое для преобразования его в полиэтилен низкой плотности. Тепло способствует сульфированию и карбонизации пластмасс и вызывает более высокую плотность захваченных пор полисульфидов. Затем из полиэтилена низкой плотности можно превратить углеродные строительные леса для отделения половины лития и серы в батарейных батареях.

«Углерод, полученный в пластмассах, включает в себя отрицательно заряженные сульфонатные группы, которые также присутствуют в полисульфидах», - сказал Ким. Сульфированный полиэтилен низкой плотности превращается в углеродный каркас, поэтому полисульфиды ингибируются схожей химической структурой.

«Это первый шаг к сохранению емкости аккумулятора», - сказал Пол. «Следующим шагом будет использование этой концепции для изготовления батарей большего размера».

Исследование было проведено Партнерством военно-морских предприятий в сотрудничестве с Национальным центром передового опыта в области электроэнергетики и энергетических исследований Университета Пердью.

Страница содержит содержимое машинного перевода.