Ingenieurs van Purdue hebben een manier bedacht om plastic stortplaatsen aan te pakken en tegelijkertijd de batterijen te verbeteren - door inktvrij plastic gedrenkt in zwavelhoudend oplosmiddel in een magnetron te plaatsen, en vervolgens in batterijen als een koolstofsteiger.

Lithium-zwavelbatterijen zijn geprezen als de volgende generatie batterijen om de huidige lithium-ion-variëteit te vervangen. Lithium-zwavelbatterijen zijn goedkoper en energierijker dan lithiumionen, die belangrijke kenmerken zouden zijn in alles, van elektrische voertuigen tot laptops.

Maar de klop op lithium-zwavelbatterijen tot nu toe is dat ze niet zo lang meegaan, bruikbaar voor ongeveer 100 laadcycli.

Purdue-onderzoekers hebben een manier gevonden om de levensduur te verlengen in een proces dat de toegevoegde bonus heeft dat het een handige manier is om plastic te recyclen. hun proces, die onlangs werd gepubliceerd in ACS toegepaste materialen en interfaces , laat zien dat het plaatsen van met zwavel gedrenkt plastic in een magnetron, inclusief transparante plastic zakken, transformeert het materiaal in de ideale substantie om de levensduur van de toekomstige batterijen te verlengen tot meer dan 200 laad-ontlaadcycli.

"Hoe vaak je plastic ook recyclet, dat plastic op de aarde blijft, " zei Vilas Pol, universitair hoofddocent aan Purdu's School of Chemical Engineering. "We hebben lang nagedacht over manieren om er vanaf te komen, en dit is een manier om op zijn minst waarde toe te voegen."

De noodzaak om het aantal stortplaatsen te verminderen loopt parallel met het maken van lithium-zwavelbatterijen die goed genoeg zijn voor commercieel gebruik.

"Omdat lithium-zwavelbatterijen steeds populairder worden, we willen een langer leven uit hen gezogen krijgen, ' zei Pol.

Lage dichtheid polyethyleen kunststof, die wordt gebruikt voor verpakkingen en een groot deel van het plastic afval bevat, helpt bij het aanpakken van een al lang bestaand probleem met lithium-zwavelbatterijen - een fenomeen dat het polysulfide-shuttle-effect wordt genoemd en dat beperkt hoe lang een batterij mee kan gaan tussen oplaadbeurten.

Lithium-zwavel batterijen, zoals hun naam doet vermoeden, hebben een lithium en een zwavel. Wanneer een stroom wordt toegepast, lithiumionen migreren naar de zwavel en er vindt een chemische reactie plaats om lithiumsulfide te produceren. Het bijproduct van deze reactie, polysulfide, hebben de neiging om terug te keren naar de lithiumzijde en de migratie van lithiumionen naar zwavel te voorkomen. Dit vermindert zowel de laadcapaciteit van een batterij als de levensduur.

"De gemakkelijkste manier om polysulfide te blokkeren, is door een fysieke barrière te plaatsen tussen lithium en zwavel, " zei Patrick Kim, een Purdue postdoc onderzoeksmedewerker in chemische technologie.

Eerdere studies hadden geprobeerd deze barrière uit biomassa te maken, zoals bananenschillen en pistacheschillen, omdat de poriën in van biomassa afgeleide koolstof het potentieel hadden om polysulfide op te vangen.

"Elk materiaal heeft zijn eigen voordeel, maar biomassa is goed te houden en kan voor andere doeleinden worden gebruikt, Pol zei. "Afvalplastic is echt waardeloos en belastend materiaal."

In plaats daarvan, onderzoekers bedachten hoe plastic in een koolstofsteiger zou kunnen worden verwerkt om het pendelen van polysulfide in een batterij te onderdrukken. Eerder onderzoek had aangetoond dat polyethyleen met lage dichtheid koolstof oplevert wanneer het wordt gecombineerd met gesulfoneerde groepen.

De onderzoekers doopten een plastic zak in zwavelhoudend oplosmiddel en stopten het in een magnetron om goedkoop de snelle temperatuurverhoging te geven die nodig is voor transformatie in polyethyleen met lage dichtheid. De hitte bevorderde de sulfonering en carbonisatie van het plastic en veroorzaakte een hogere dichtheid van poriën voor het opvangen van polysulfide. Van het polyethyleen met lage dichtheid kan vervolgens een koolstofsteiger worden gemaakt om de lithium- en zwavelhelften van een batterijknoopcel te scheiden.

"De van plastic afkomstige koolstof van dit proces bevat een sulfonaatgroep met een negatieve lading, dat is ook wat polysulfide heeft, " zei Kim. Gesulfoneerd polyethyleen met lage dichtheid gemaakt in een koolstofsteiger, daarom, onderdrukt polysulfide door een vergelijkbare chemische structuur te hebben.

"Dit is de eerste stap om het capaciteitsbehoud van de batterij te verbeteren, Pol zei. "De volgende stap is het fabriceren van een grotere batterij met dit concept."