Die Ingenieure der Purdue University verwenden Mikrowellenkunststoffe, um die Lebensdauer von Lithium-Schwefel-Batterien zu verlängern

Ingenieure der Purdue University (West Lafayette, Indiana, USA) haben einen Weg gefunden, um die Menge an Kunststoff auf Mülldeponien zu reduzieren und gleichzeitig die Batterien zu verbessern. Das Verfahren umfasst das Einbringen eines tintenfreien Kunststoffs in ein schwefelhaltiges Lösungsmittel in einen Mikrowellenherd und das anschließende Laden der Batterie als Kohlenstoffhalter.

Lithium-Schwefel-Batterien werden als Batterien der nächsten Generation bezeichnet, um die derzeitigen Lithium-Ionen-Batterievarianten zu ersetzen. Laut einer Pressemitteilung von Purdue sind Lithium-Schwefel-Batterien billiger und energieintensiver als Lithium-Ionen-Batterien, was ein wichtiges Merkmal von Lithium-Ionen-Batterien von Elektrofahrzeugen bis hin zu Laptops ist.

Die Nachteile von Lithium-Schwefel-Batterien haben nicht zu lange gedauert und können für etwa 100 Ladezyklen genutzt werden.

Forscher der Purdue University arbeiten mit Naval Enterprise Partners in Zusammenarbeit mit der University of Excellence der National University und dem Energy Research Institute der Purdue University zusammen, um die Lebensdauer durch einen Prozess zu verlängern, mit dem Kunststoffe problemlos recycelt werden können. Laut einem kürzlich in der ACS Applied Materials and Interfaces Division veröffentlichten Artikel wandelt das Einbringen von schwefelgetränkten Kunststoffen in einen Mikrowellenherd das Material in ein ideales Material um und verlängert die Lebensdauer der Batterie auf 200 Lade- und Entladezyklen.

Vilaspol, außerordentlicher Professor an der School of Chemical Engineering der Purdue University, sagte: "Egal wie oft Sie Kunststoff recyceln, Kunststoffe bleiben auf der Erde zurück." "Wir haben lange versucht, es loszuwerden, was mindestens einen Mehrwert darstellt.

„ Da Lithium-Schwefel-Batterien immer beliebter werden, möchten wir eine längere Lebensdauer haben“, fügte Bohr hinzu.

Polyethylen niedriger Dichte (LDPE) hilft bei der Lösung des langjährigen Problems von Lithium-Schwefel-Batterien - ein Phänomen, das als Polysulfid-Abschalteffekt bekannt ist und die Zeitdauer zwischen den Ladungen begrenzt. Wenn eine Lithium-Schwefel-Batterie mit Strom versorgt wird, wandern Lithiumionen zu Schwefel und reagieren chemisch unter Bildung von Lithiumsulfid. Das Nebenprodukt Polysulfid dieser Reaktion neigt dazu, zur Lithiumseite zurückzukehren, wodurch verhindert wird, dass Lithiumionen in den Schwefel wandern. Dies verringert die Ladekapazität des akkus und seine Lebensdauer.

"Der einfachste Weg, Polysulfide zu blockieren, besteht darin, eine physikalische Barriere zwischen Lithium und Schwefel zu platzieren", sagte Patrick King, wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Forschung im Bereich Chemieingenieurwesen an der Purdue University.

Purdue wies darauf hin, dass frühere Studien versucht haben, solche Barrieren mit Biomasse wie Bananenschalen und Pistazienschalen zu bilden, da Poren in Kohlenstoff aus Biomasse das Potenzial haben, Polysulfide einzufangen. "Jedes Material hat seine eigenen Vorteile, aber die Biomasse ist gut erhalten und kann für andere Zwecke verwendet werden", sagte Bohr.

Stattdessen überlegten die Forscher, wie Kunststoff in das Kohlenstoffgerüst eingebaut werden kann, um Polysulfid-Shuttles in der Zelle zu verhindern. Frühere Studien haben gezeigt, dass sich LDPE mit sulfonierten Gruppen zu Kohlenstoff verbindet.

Die Forscher tauchten eine Plastiktüte in ein schwefelhaltiges Lösungsmittel und stellten sie in einen Mikrowellenherd, um die Temperatur, die für die Umwandlung in Polyethylen niedriger Dichte erforderlich ist, schnell zu erhöhen. Wärme fördert die Sulfonierung und Carbonisierung des Kunststoffs und bewirkt eine höhere Porendichte, die Polysulfid einfängt. Der LDPE-Kunststoff kann dann zu einem Kohlenstoffgerüst verarbeitet werden, um Lithium und Schwefel der besseren Knopfzelle zu trennen.

"Von Kunststoff abgeleiteter Kohlenstoff aus diesem Verfahren umfasst negativ geladene Sulfonatgruppen, die auch Polysulfide besitzen", sagte Kim. Sulfoniertes LDPE wird zu einem Kohlenstoffgerüst verarbeitet, wodurch Polysulfid durch eine ähnliche chemische Struktur gehemmt wird.

"Dies ist der erste Schritt zur Erhöhung der Batteriekapazität", sagte Pol. "Der nächste Schritt besteht darin, mit diesem Konzept größere Batterien herzustellen."

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