Упаковочный пенополистирол может быть использован для улучшения характеристик аккумуляторов

Когда создавалась новая лаборатория в университете Пердью в Индиане, много оборудования прибыло в ящиках в защитной упаковке из гранул пенополистирола. К сожалению, эти маленькие кусочки пенопласта практически не подлежат утилизации или рециркуляции, и они в конечном итоге просто оказываются на свалке, где и разлагаются в течение нескольких десятилетий. Но недавно команда исследователей из университета Пердью обнаружила новый способ применения гранул пенополистирола – для увеличения эффективности литиево-ионных аккумуляторов.

Как известно, при зарядке литиево-ионной батареи, ионы лития собираются на одном из двух электродов – аноде. Обычно аноды изготавливаются из графита, но ученые под руководством профессора Виласа Пола решили создать новый тип анода, сделанный из углерода.

Сначала ученые нагрели гранулы (они могут быть изготовленными из неорганического пенополистирола или из материала на основе органического крахмала) до температуры 500 — 900 градусов по Цельсию. Это было осуществлено в инертной атмосфере, в присутствии или в отсутствие катализатора — соли металла переходной группы. В результате ученые получили либо углеродные наночастицы, либо углеродные нанолисты, в зависимости от исходного материала гранул. Но в обоих случаях полученный материал идеально подходил для использования в качестве анода для литиево-ионного аккумулятора.

Во-первых, новый анод имеет толщину в десять раз меньшую, чем у графитовых анодов, за счет чего он и заряжается быстрее. Кроме того, углерод имеет меньшее электрическое сопротивление по сравнению с графитом. А если говорить более точно, то новый анод продемонстрировал максимальную удельную емкость 420 мА-ч/гр., что значительно больше теоретического максимума в 372 мА-ч/гр. для графитовых анодов. Исследователи отмечают и тот факт, что углеродные аноды могут выдерживать до 300 циклов зарядки / разрядки без существенной потери способности аккумулировать ионы лития.

Нанолисты оказались наиболее эффективными, так как их пористая структура обеспечивает большую площадь контакта между анодом и содержащим ионы жидким электролитом батареи. Однако, исследователи продолжают работать над увеличением пористости материала анода, в целях максимального повышения его электрохимических характеристик.

Как утверждают исследователи, процесс преобразования упаковочного пенополистирола в углеродные аноды является недорогим, экологически чистым и достаточно рентабельным для крупномасштабного производства аккумуляторов.