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聚苯乙烯和淀粉基材料制鋰離子電池

發(fā)布時(shí)間:2015-04-08 來(lái)源: 環(huán)球塑化網(wǎng) 專(zhuān)題: 塑料原料 打印

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  據(jù)悉,電池有陽(yáng)極和陰極兩極,鋰離子電池陽(yáng)極大多由石墨構(gòu)成。鋰離子存在于電解液中,在充電時(shí)向陽(yáng)極轉(zhuǎn)移并儲(chǔ)存在陽(yáng)極上。最近,來(lái)自普渡大學(xué)的科學(xué)家們分別向我們展示了如何用聚苯乙烯和淀粉基“花生式”包裝材料制造具有碳納米結(jié)構(gòu)和微層結(jié)構(gòu)的鋰離子電池陽(yáng)極。目前該項(xiàng)成果已經(jīng)在第249屆美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)全國(guó)會(huì)議展出。

  博士后研究助理Vinodkumar Etacheri回憶說(shuō):“在我們的實(shí)驗(yàn)室里有很多花生式包裝材料,Vilas Pol教授提議我們可以找到一條途徑將這些材料進(jìn)行廢物利用。”正是這個(gè)簡(jiǎn)單的提議,促成了這項(xiàng)對(duì)包裝材料進(jìn)行再利用的環(huán)境友好型新技術(shù)的誕生。研究指出:相比于市售的石墨電極,這種新型正極材料充電更快,并且具有更高的比容量。

  Pol說(shuō)道:“盡管花生式包裝材料在航運(yùn)上有很好的應(yīng)用,但它是出了名的難分解,只有10%的包裝材料能夠?qū)崿F(xiàn)再利用。對(duì)于回收者來(lái)說(shuō),由于它的密很低度,需要很大的空間進(jìn)行裝備和運(yùn)輸,花費(fèi)十分昂貴,不會(huì)有太大的利潤(rùn)。”因此,花生式包裝材料最終往往在垃圾場(chǎng)進(jìn)行填埋,且數(shù)十年不會(huì)分解。盡管淀粉基包裝材料比聚苯乙烯包裝材料更為環(huán)保,但它含有的化學(xué)物質(zhì)和清潔劑也會(huì)污染土壤和水,給海洋生物帶來(lái)很大的危害。

聚苯乙烯和淀粉基材料制鋰離子電池
聚苯乙烯和淀粉基材料制鋰離子電池

  Pol說(shuō)道:“這是一種非常簡(jiǎn)單直接的新方法,無(wú)需過(guò)渡金屬鹽催化劑,直接將花生式包裝材料在惰性氣體氛圍中進(jìn)行加熱,且將溫度控制在在500—900攝氏度范圍內(nèi)。所得材料再加工即可制成陽(yáng)極。”

  Etacheri說(shuō)道:“這是一種便宜、環(huán)境友好并具有大規(guī)模生產(chǎn)潛能的新技術(shù)。微觀和光譜分析證明在經(jīng)過(guò)多次充放電循環(huán)之后,由于其微觀結(jié)構(gòu)和形態(tài)的影響,電極仍具有優(yōu)越的電化學(xué)性能。”

  市場(chǎng)上陽(yáng)極粒子要比這種新型陽(yáng)極粒子厚10倍,且電阻更高,而這也增加了充電時(shí)間。Pol說(shuō)道:“在我們的實(shí)驗(yàn)中,如果在充電過(guò)程中對(duì)材料進(jìn)行鋰化,它只需移動(dòng)1微米的距離,這也是我們的材料比商用材料充放電更快速的原因。

  由于(電極)片層薄且多孔,因此在電池中它們與液態(tài)電解液有更好的接觸。他說(shuō):“相較于商用石墨電極,這種電極展現(xiàn)出了更為優(yōu)異的鋰離子存儲(chǔ)能力。”這種用花生式包裝材料制造的碳陽(yáng)極最大比容量為420 mAh/g,要高于石墨電極理論容量372 mAh/g。他說(shuō):“這些碳電極的長(zhǎng)期電化學(xué)性能非常穩(wěn)定,可以循環(huán)充放電300次而沒(méi)有明顯的容量損失。同時(shí),這種碳電極也有望用在可充電鈉離子電池中。未來(lái)的工作包括:通過(guò)進(jìn)一步活化改善其性能;增加表面積和孔的尺寸;改進(jìn)電化學(xué)性能。”

  科學(xué)家們已經(jīng)找到將廢棄的“花生式”包裝材料轉(zhuǎn)化為高性能鋰電池碳電極的方法,這是一種能夠?qū)崿F(xiàn)廢物利用的環(huán)保新方法,而這種碳電極的性能甚至優(yōu)于傳統(tǒng)的石墨電極。

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