マイクロ波プラスチックはリチウム硫黄電池の耐用年数を延ばすことができます

研究者は、低密度プラスチックを硫黄含有溶媒に浸し、それを電子レンジに入れてカーボンブラケットに変換することで、リチウム硫黄電池をより有用にし、より高い容量を維持できることを発見しました。

パデュー大学のエンジニアは、プラスチックの埋め立て地の問題の解決策を考え出し、バッテリーを改善しました。インクを含まないプラスチックを硫黄含有溶剤やマイクロ波に浸し、カーボンブラケットとしてバッテリーに入れます。

リチウム硫黄電池は、現在のリチウムイオン電池に代わる次世代電池として知られています。リチウム硫黄電池は、リチウムイオン電池よりも安価でエネルギーを大量に消費するため、電気自動車からラップトップに至るまで重要な機能となっています。

ただし、リチウム硫黄電池が使用されるという事実は、長持ちせず、約100回の充電サイクルで使用できることです。

パデュー大学の研究者は、プラスチックをリサイクルする便利な方法であるという追加の利点があるプロセスで寿命を延ばす方法を発見しました。 ACSのアプリケーションとインターフェイスに関する最近公開されたプロセスでは、硫黄に浸したプラスチックを、透明なビニール袋などの電子レンジに入れることで理想的な物質に変換できることが示されています。これにより、次のバッテリーの耐用年数が200回以上の再充電サイクルに延長されます。

パデュー大学の化学工学部の准教授であるWeilasiboer氏は、「プラスチックを何度リサイクルしても、地球上にとどまる」と語った。 「私たちは長い間それを取り除くことを試みてきました。それは少なくとも価値を追加する方法です。」

埋め立て地を減らす必要性は、リチウム硫黄電池を商業利用に適したものにする必要性と同期しています。

「リチウム硫黄電池の人気が高まるにつれ、より長い寿命を実現したいと考えています」とボーア氏は述べています。

低密度ポリエチレンプラスチックは包装に使用され、大量のプラスチック廃棄物を含んでいるため、リチウム硫黄電池の長期的な問題を解決するのに役立ちます。これは、電池の充電時間を制限するポリサルファイドシャトル効果と呼ばれる現象です。

名前が示すように、リチウム硫黄電池にはリチウムと硫黄が含まれています。電流を流すと、リチウムイオンが硫黄に移動し、化学的に反応して硫化リチウムを生成します。反応の副産物であるポリサルファイドは、リチウム側に戻る傾向があり、リチウムイオンが硫黄に移動するのを防ぎます。これにより、バッテリーの充電容量と寿命が短くなります。

「ポリサルファイドをブロックする最も簡単な方法は、リチウムと硫黄の間に物理的な障壁を設定することです」と、パデュー大学の化学工学助手であるPatelikejinは述べています。

以前の研究では、バイオマスに由来する炭素の細孔が多金属硫化物を捕捉する可能性があるため、バナナの皮やフグの殻などのバイオマスを使用してそのような障壁を作成しようと試みました。

「各材料には独自の利点がありますが、バイオマスはよく保存されており、他の目的に使用できます」とボーア氏は述べています。 「廃プラスチックは本当に価値がなく、負担の大きい材料です。」

代わりに、研究者たちは、プラスチックをカーボンブラケットに組み込んで、バッテリーを介した多金属硫化物の輸送を抑制する方法を考え出しました。過去の研究では、低密度ポリエチレンプラスチックがスルホン化基と結合して炭素を生成することが示されています。

研究者たちは、ビニール袋を硫黄含有溶剤に浸し、電子レンジに安価に入れて、低密度ポリエチレンに変換するために必要な急速に上昇する温度を提供しました。熱はプラスチックのスルホン化と炭化を促進し、トラップされたポリサルファイド細孔の密度を高めます。次に、低密度ポリエチレンプラスチックをカーボン足場にして、バッテリーボタン電池のリチウムと硫黄の半分を分離することができます。

「このプロセスから得られるプラスチック由来の炭素には、負に帯電したスルホン酸基が含まれます。これは、ポリサルファイドにも存在します」とキム氏は述べています。スルホン化低密度ポリエチレンは炭素足場になっているため、同様の化学構造を持つことでポリサルファイドが抑制されます。

「これは、バッテリー容量の保持を増やすための最初のステップです」とPol氏は述べています。 「次のステップは、このコンセプトを使用してより大きなバッテリーを作ることです。」

この調査は、パデュー大学の電気およびエネルギー研究の卓越性のための国立センターと協力して海軍企業パートナーシップによって実施されました。

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