Аноды из ненужного упаковочного наполнителя оказались эффективней тех, что представлены на рынке
Опубликовано: 26.02.2019
Ученые продемонстрировали, как преобразовать ненужные упаковочные материалы в высокоэффективные углеродные электроды для перезаряжаемых литий-ионных батарей, которые превосходят обычные графитовые электроды, демонстрируя экологичный подход для повторного использования отходов.
У каждой батареи есть два электрода — анод и катод. Аноды у большинства современных литий-ионных батарей сделаны из графита. В электролите содержатся ионы лития, которые сохраняются в аноде во время зарядки. И вот теперь ученые из университета Пурдю показали, как произвести аноды из пенопласта и упаковочного наполнителя на основе крахмала.
« У нас осталось много ненужного упаковочного наполнителя после установки нового лабораторного оборудования», вспомнил постдок Винодкумар Эташери. „Профессор Вайлас Пол предложил сделать что-либо полезное из этих остатков“.
Это простое предложение привело к потенциально новому экологичному применению упаковочных наполнителей. Результаты исследования показали, что новые аноды могут заряжаться быстрее и обладают более высокой емкостью по сравнению с доступными на рынке графитовыми анодами, сообщил Пол.
Результаты представлены в ходе 249-й национальной конференции и выставки Американского химического общества в Денвере, 22-26 марта.
« Хотя упаковочные наполнители используются во всем мире как прекрасное решение для доставки, они плохо распадаются, и перерабатываются лишь 10 процентов», отметил Пол. „Вследствие низкой плотности большие контейнеры требуют перевозки и доставки к месту переработки, что достаточно дорого и не обеспечивает много прибыли от вложений“.
Следовательно, упаковочные наполнители чаще закапывают в землю, где они распадаются десятилетиями. И хотя наполнители на основе крахмала более безвредны для среды, чем пенопласт, они содержат химические вещества и детергенты, способные загрязнить почву и воду, подвергая угрозе жизнь фауны.
Новый метод является весьма простым. « Обычно наполнители нагревают при температуре 500-900 градусов по Цельсию в условиях инертной атмосферы в присутствии или отсутствии транзитного катализатора соли металла», сообщил исследователь.
Полученный материал перерабатывается в аноды.
« Процесс недорогой, экологически мягкий и потенциально практичный для крупномасштабного производства», сказал Эташери. „Микроскопические и спектроскопические исследования доказали, что микроструктуры и морфологии, ответственные за электрохимические действия, сохраняются после множества циклов зарядки-разрядки“.
Частицы существующих анодов в 10 раз толще, чем новые аноды, и обладают повышенным электрическим сопротивлением , что увеличивает время зарядки.
« В нашем случае, если мы подвергнем материал литированию в ходе зарядки батареи, зарядка и разрядка будут проходить быстрее», сообщил Пол.
Углеродные аноды из упаковочного наполнителя показали емкость 420 миллиамперчасов на грамм, что выше теоретической емкости графита (372 ).
« Долгосрочная электрохимическая эффективность этих углеродных электродов очень стабильна», добавил Эташери. „мы подвергли их 300 циклам и не выявили какой-либо значимой потери емкости. Эти электроды кажутся многообещающими, в том числе, для натрий-ионных батарей. Будущая работа будет включать шаги для потенциального улучшения эффективности благодаря дальнейшей активации для увеличения площади поверхности и размера пор“.
Ссылка по теме: http://www.eurekalert.org/pub_releases/2015-03/pu-npt031715.php