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行業新聞
環保大敵反成解決蓄電關鍵,微波塑料能增添鋰硫電池壽命
時間:2018-05-18 17:41:55    瀏覽[3880]次

廢棄塑料一直以來都是困擾人們的世界性難題,而美國普度大學(Purdue University)工程師想出一個可以解決廢棄塑料,同時提升鋰硫電池壽命方法。


鋰硫電池理論能量密度為鋰離子電池 3 到 5 倍之多,高達 2,600Whkg,為電動車與筆記本電腦電池重要條件,因此被稱為鋰離子電池下一代技術,隻不過該電池充電循環僅有短短 100 次。


普度大學團隊找出一個一箭雙雕的方法,可同時解決塑料回收與電池壽命問題,根據其在《ACS Applied Materials and Interfaces》研究,首先將諸如透明塑料袋等無墨塑料浸泡在含硫溶液中,再將其微波並製成電池中的碳支架,可將鋰硫電池充電循環提升到 200 次。




(Source:普度大學)


普度大學化學工程助理教授 Vilas Pol 表示,不管回收多少次,塑料一直都會存在世界上,團隊隻是想出一個辦法提升塑料價值。


低密度聚乙烯常用於塑料與包裝,為塑料汙染主要元凶,但它在實驗中竟搖身一變成解決鋰硫電池長期問題關鍵。該障礙被稱為多硫化物穿梭效應(polysulfide shuttling effect),會導致電池充電容量與壽命下降。


鋰硫電池顧名思義就是利用鋰與硫構成,當電流通過時,鋰離子會遷移到硫並發生化學反應,進而產生硫化鋰(lithium sulfide),然而該反應副產物多硫化物容易回到鋰電極,並阻礙鋰離子移動,這將會降低電池的充電容量以及壽命。


普度大學化學工程研究員 Patrick Kim 指出,阻斷多硫化物最簡單方法便是在鋰和硫之間打造物理屏障。


以往研究也有想過要用此辦法解決問題,像是香蕉皮和開心果殼等生質能,利用生物質衍生碳中的孔隙捕獲多硫化物。Pol 表示,每種材料各有益處,但生物質易於保存、更適合用在其他地方,而廢棄塑料就真正隻是無用又沉重的材料。


因此研究員想將塑料納入電池的碳支架,且過去研究也指出,低密度聚乙烯塑料與磺化基團(sulfonated group)結合後也會產生碳。


研究員借由將塑料袋浸入含硫溶劑中,並將其放入微波爐中,以便宜有效的方式將溫度升高並將塑料轉化成低密度聚乙烯,且熱能還可以促進塑料磺化和碳化,讓孔隙更密集,捕獲更多多硫化物,最終製成碳支架將鋰與硫分開。


Kim 表示,用這個方法製作出來的塑料衍生碳與磺化基團會帶有負電荷,而這也是多硫化物具有的特性,因此將磺化低密度聚乙烯製成碳支架,利用相似化學特性來阻擋多硫化物。Pol 則指出,這是提高鋰硫電池容量的第一步,下一步就是利用此概念製造更大的電池。