環保大敵反成解決蓄電關鍵,微波塑膠能增添鋰硫電池壽命

作者 | 發布日期 2018 年 05 月 16 日 13:29 | 分類 能源科技 , 電池 follow us in feedly

廢棄塑膠一直以來都是困擾人們的世界性難題,而美國普度大學(Purdue University)工程師想出一個可以解決廢棄塑膠,同時提升鋰硫電池壽命方法。



鋰硫電池理論能量密度為鋰離子電池 3 到 5 倍之多,高達 2,600Whkg,為電動車與筆記型電腦電池重要條件,因此被稱為鋰離子電池下一代技術,只不過該電池充電循環僅有短短 100 次。

普度大學團隊找出一個一箭雙鵰的方法,可同時解決塑膠回收與電池壽命問題,根據其在《ACS Applied Materials and Interfaces》研究,首先將諸如透明塑膠袋等無墨塑膠浸泡在含硫溶液中,再將其微波並製成電池中的碳支架,可將鋰硫電池充電循環提升到 200 次。

(Source:普度大學

普度大學化學工程助理教授 Vilas Pol 表示,不管回收多少次,塑膠一直都會存在世界上,團隊只是想出一個辦法提升塑膠價值。

低密度聚乙烯常用於塑膠與包裝,為塑膠污染主要元兇,但它在實驗中竟搖身一變成解決鋰硫電池長期問題關鍵。該障礙被稱為多硫化物穿梭效應(polysulfide shuttling effect),會導致電池充電容量與壽命下降。

鋰硫電池顧名思義就是利用鋰與硫構成,當電流通過時,鋰離子會遷移到硫並發生化學反應,進而產生硫化鋰(lithium sulfide),然而該反應副產物多硫化物容易回到鋰電極,並阻礙鋰離子移動,這將會降低電池的充電容量以及壽命。

普度大學化學工程研究員 Patrick Kim 指出,阻斷多硫化物最簡單方法便是在鋰和硫之間打造物理屏障。

以往研究也有想過要用此辦法解決問題,像是香蕉皮和開心果殼等生質能,利用生物質衍生碳中的孔隙捕獲多硫化物。Pol 表示,每種材料各有益處,但生物質易於保存、更適合用在其他地方,而廢棄塑膠就真正只是無用又沉重的材料。

因此研究員想將塑膠納入電池的碳支架,且過去研究也指出,低密度聚乙烯塑膠與磺化基團(sulfonated group)結合後也會產生碳。

研究員藉由將塑料袋浸入含硫溶劑中,並將其放入微波爐中,以便宜有效的方式將溫度升高並將塑膠轉化成低密度聚乙烯,且熱能還可以促進塑膠磺化和碳化,讓孔隙更密集,捕獲更多多硫化物,最終製成碳支架將鋰與硫分開。

Kim 表示,用這個方法製作出來的塑膠衍生碳與磺化基團會帶有負電荷,而這也是多硫化物具有的特性,因此將磺化低密度聚乙烯製成碳支架,利用相似化學特性來阻擋多硫化物。Pol 則指出,這是提高鋰硫電池容量的第一步,下一步就是利用此概念製造更大的電池。

(本文由 EnergyTrend 授權轉載;首圖來源:pixabay