Аноды из ненужного упаковочного наполнителя оказались эффективней тех, что представлены на рынке

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".