Eine neue Entdeckung! Ausrangierter Kunststoff kann die Lebensdauer von Lithium-Schwefel-Batterien verbessern

Die Ingenieure von PurdueUniversity in den USA haben eine Lösung für das weltweit anhaltende Problem des Plastikmülls gefunden und gleichzeitig die Lebensdauer von Lithium-Schwefel-Batterien verbessert.

Die theoretische Energiedichte von Lithium-Schwefel-Batterien ist drei- bis fünfmal höher als die von Lithium-Ionen-Batterien und beträgt bis zu 2.600 Whkg. Dies ist eine wichtige Voraussetzung für Elektrofahrzeuge und Laptop-Batterien. Daher wird es als Technologie der nächsten Generation von Lithium-Ionen-Batterien bezeichnet, aber die Batterie hat nur einen kurzen Ladezyklus von 100-mal.

Purdue Universitäts-Team, um einen Weg zu finden, um zwei Fliegen mit einer Klappe zu schlagen, kann das Problem des Kunststoffrecyclings und der Batterielebensdauer gleichzeitig lösen, so die Forschung in den ACSAppliedMaterialsandInterfaces, wie beispielsweise transparente Plastiktüten Tinte Kunststoff in Schwefellösung einweichen, dann die Mikrowelle und Halterung der Kohlenstoffbatterien, Lithium-Schwefel-Batterien Zyklus kann auf 200-fach gefördert werden.

VilasPol, Assistenzprofessor für Chemieingenieurwesen an der Purdue University, sagte, dass der Kunststoff, egal wie oft er recycelt wird, immer auf der Welt vorhanden sein wird, und das Team hat gerade einen Weg gefunden, seinen Wert zu steigern.

Polyethylen niedriger Dichte, das häufig in Kunststoffen und Verpackungen verwendet wird, ist der Hauptverursacher der Kunststoffverschmutzung, erweist sich jedoch als Schlüssel zur Lösung des Langzeitproblems von Lithium-Schwefel-Batterien in Experimenten. Die Störung wird als Polysulfid-Shuttle-Effekt (Polysulfideshuttlingeffect) bezeichnet, der zu einer Verringerung der Batteriekapazität und -lebensdauer führt.

Lithium-Schwefel-Schwefel ist, wie der Name schon sagt, die Verwendung einer lithium-batterie, wenn elektrischer Strom fließt. Die Lithium-Ionen wandern zum Schwefel und erzeugen eine chemische Reaktion, die Lithiumsulfid (Lithiumsulfid) erzeugt. Die Reaktionsnebenprodukte Polysulfid kehren jedoch leicht zurück zur Lithiumelektrode und verhindert, dass sich die Lithiumionen bewegen, was die Ladekapazität und Lebensdauer des akkus verringert.

PatrickKim, ein Forscher für Chemieingenieurwesen an der Purdue University, sagt, dass der einfachste Weg, Polysulfide zu blockieren, darin besteht, eine physikalische Barriere zwischen Lithium und Schwefel zu schaffen.

Frühere Studien haben diesen Ansatz unter Verwendung von Biomasseenergie wie Bananenschalen und Pistazienschalen untersucht, um Polysulfide aus den Poren in Kohlenstoff aus Biomasse einzufangen. Laut Pol hat jedes Material seine eigenen Vorteile, aber Biomasse ist leichter zu konservieren und besser für andere Anwendungen geeignet, während Kunststoffabfälle eigentlich nur nutzlose, schwere Materialien sind.

Daher wollten die Forscher Kunststoff in das Kohlenstoffgerüst der Batterie einbauen, und frühere Studien haben gezeigt, dass Kunststoff aus Polyethylen niedriger Dichte in Kombination mit der sulfonierten Gruppe auch Kohlenstoff produzieren kann.

Durch Eintauchen von Plastiktüten in ein schwefelhaltiges Lösungsmittel und Mikrowellen können die Forscher die Temperatur auf billige und effiziente Weise erhöhen und den Kunststoff in Polyethylen niedriger Dichte umwandeln. Die Wärmeenergie kann auch die Sulfonierung und Karbonisierung des Kunststoffs fördern, wodurch die Poren dichter werden und mehr Sulfid eingefangen wird.

Laut Kim wird der nach diesem Verfahren hergestellte Kohlenstoff und die sulfonierte Gruppe aus Kunststoff eine negative Ladung aufweisen, was auch für Polysulfid charakteristisch ist. Daher wird das sulfonierte Polyethylen niedriger Dichte zu einem Kohlenstoffgerüst verarbeitet, das ähnliche chemische Eigenschaften verwendet, um Polysulfid zu blockieren. Pol merkt an, dass dies der erste Schritt zur Erhöhung der Kapazität von Lithium-Schwefel-Batterien ist und der nächste Schritt darin besteht, das Konzept zur Herstellung größerer Batterien zu verwenden.

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