普渡大學(xué)（美國印第安納州西拉法葉市）的工程師們發(fā)現(xiàn)了一種減少垃圾填埋場(chǎng)塑料量同時(shí)改善電池的方法。該方法包括將浸泡在含硫溶劑中的無墨塑料放入微波爐中，然后作為碳支架裝入電池中。

鋰硫電池被譽(yù)為下一代電池以取代目前的鋰離子電池品種。Purdue發(fā)布的新聞稿稱，鋰硫電池比鋰離子電池更便宜，能量更密集，這是鋰離子電池從電動(dòng)汽車到筆記本電腦的重要特性。

鋰硫電池的劣勢(shì)直到現(xiàn)在，它們不會(huì)持續(xù)太久，可用于大約100個(gè)充電周期。

普渡大學(xué)的研究人員由海軍企業(yè)合作伙伴與全美大學(xué)卓越力量和普渡大學(xué)的能源研究機(jī)構(gòu)合作，通過一個(gè)可以方便地回收塑料的過程來增加壽命。根據(jù)最近發(fā)表在ACS應(yīng)用材料與接口部門的一篇論文，將硫磺浸泡的塑料放入微波爐中可將材料轉(zhuǎn)化為理想物質(zhì)，從而將電池的使用壽命延長(zhǎng)至200次充放電循環(huán)。

普渡大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院副教授維拉斯波爾說：“不管你回收塑料的次數(shù)多少，塑料都留在地球上。”“我們一直在想辦法擺脫它很長(zhǎng)一段時(shí)間，這是至少增加價(jià)值的一種方式。

“由于鋰硫電池越來越受歡迎，我們希望獲得更長(zhǎng)的壽命，”波爾補(bǔ)充說。

低密度聚乙烯（LDPE）有助于解決鋰硫電池長(zhǎng)期存在的問題-這種現(xiàn)象稱為多硫化物穿梭效應(yīng)，限制了電池在充電之間持續(xù)的時(shí)間。當(dāng)向鋰硫電池施加電流時(shí)，鋰離子遷移至硫并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)以產(chǎn)生硫化鋰。該反應(yīng)的副產(chǎn)物多硫化物傾向于回到鋰側(cè)，防止鋰離子遷移到硫中。這會(huì)降低電池的充電容量及其使用壽命。

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

Purdue指出，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?yàn)樯镔|(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。

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，LDPE與磺化基團(tuán)結(jié)合后會(huì)產(chǎn)生碳。

研究人員將一個(gè)塑料袋浸泡在含硫溶劑中，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的快速提升。熱量促進(jìn)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LDPE塑料制成碳支架，以將更好的紐扣電池的鋰和硫的一半分開。

“來自這個(gè)過程的塑料衍生碳包括帶負(fù)電荷的磺酸鹽基團(tuán)，這也是多硫化物所具有的，”Kim說。磺化LDPE制成碳支架，因此通過具有類似的化學(xué)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(gè)概念來制造更大尺寸的電池。”