Inginerii de la Universitatea Purdue din SUA au descoperit o modalitate prin care să rezolve problema deșeurilor de plastic și să îmbunățească calitatea bateriilor în același timp. Astfel, aceștia au pus o bucată de plastic incolor înmuiat în solvent conținând sulf într-un cuptor cu microunde și au aplicat substanța de carbon care a rezultat pe bateriile de tip litiu-sulf.
Bateriile litiu-sulf sunt privite ca noua generație de baterii care vor înlocui actualele tipuri din litiu-ion. Bateriile litiu-sulf sunt mai ieftine și au o densitate mai mare de energie față de cele din litiu ion, caracteristici deosebit de importante pentru orice fel de bun, de la vehiculele electrice până la laptopuri.
Dar problema bateriilor cu sulf sintetic în acest moment este că acestea nu durează atât de mult, putând fi folosite pentru circa 100 de cicluri de încărcare.
Cercetatorii de la Purdue au gasit o modalitate de a crește durata de viață printr-un proces care are un avantaj în plus, acela de a fi un mod convenabil de a recicla plasticul. Metoda lor, care a fost recent publicată într-o revistă de specialitate (ACS Applied Materials and Interfaces – n.r.), constă în plasarea unui material de plastic îmbibat cu sulf într-un cuptor cu microunde, inclusiv pungi de plastic transparente. Acest proces transformă materialul într-o substanță ideală pentru creșterea duratei de viață a viitoarelor baterii la mai mult de 200 de cicluri de încărcare – descărcare.
„Indiferent de câte ori reciclați plasticul, plasticul rămâne pe pământ”, a declarat Vilas Pol, profesor asociat la Școala de Inginerie Chimică de la Purdue. „Ne-am gândit la modalități de a scăpa de plastic pentru o lungă perioadă de timp, și aceasta este o modalitate”,
Necesitatea de a reduce depozitele de deșeuri se desfășoară în paralel cu producerea de baterii cu litiu-sulf pentru uz comercial.
„Deoarece bateriile cu litiu-sulf devin din ce în ce mai populare, vrem să le dăm o viață mai lungă”, a spus Pol.
Plasticul din polietilenă de joasă densitate, care este utilizat pentru ambalaje și care reprezintă o mare parte din deșeurile din plastic, ajută la rezolvarea unei vechi probleme a bateriilor cu litiu-sulf – un fenomen numit efectul de polisulfură care limitează durata bateriei între încărcări. Urmăriți un videoclip YouTube care explică acest lucru:
[youtube https://www.youtube.com/watch?v=9vgGA4vHaWg&w=560&h=315]
După cum sugerează numele lor, bateriile Litiu-sulf au în compoziția lor litiu și sulf. Când se aplică un curent electric, ionii de litiu migrează către sulf și are loc o reacție chimică pentru a produce sulfura de litiu. Produsul secundar al acestei reacții, polisulfura, are tendința de a se reîntoarce la partea litiului și de a preveni migrarea ionilor de litiu spre sulf. Acest lucru scade capacitatea de încărcare a unei baterii, precum și durata de viață.
„Cel mai simplu mod de a bloca polisulfura este de a plasa o barieră fizica între litiu și sulf”, a spus Patrick Kim, un cercetător în ingineria chimică asociat la Purdue.
Studiile anterioare au încercat să confecționeze această barieră din biomasă, cum ar fi coaja de banane și cojile de fistic, deoarece porii din carbonul derivat din biomasă au avut potențialul de a prinde polisulfura.
„Fiecare material are propriul său beneficiu, dar biomasa este bună pentru a fi păstrată și poate fi utilizată în alte scopuri”, a spus Pol. „Deșeurile de plastic sunt cu adevărat lipsite de valoare și reprezintă un material dăunător”.
În schimb, cercetătorii s-au gândit la modul în care plasticul ar putea fi încorporat într-o structură de carbon pentru a suprima polisulfura care se deplasează într-o baterie. Studiile anterioare au arătat că plasticul polietilenic de joasă densitate produce carbon atunci când este combinat cu grupări sulfonate.
Cercetătorii au înmuiat o pungă de plastic în solvent conținând sulf și au pus-o într-un cuptor cu microunde pentru a obține într-un mod necostisitor creșterea rapidă a temperaturii necesare pentru transformarea în polietilenă de joasă densitate. Căldura a asigurat sulfonarea și carbonizarea plasticului și a indus o densitate mai mare de pori pentru capturarea polisulfurii. Plasticul de polietilenă de joasă densitate ar putea fi transformat într-un strat de carbon pentru a împărți în două parțile de litiu și sulf ale unei celule de baterie rotundă.
„Carbonul derivat din plastic prin acest proces include o grupare de sulfonat cu o sarcină negativă, la fel ca polisulfura”, a spus Kim.
Polietilena sulfonată s-a transformat într-un strat de carbon, prin urmare a suprimat polisulfura deoarece are o structură chimică similară.
„Acesta este primul pas pentru îmbunătățirea capacității de retenție a bateriei”, a spus Pol. „Următorul pas este fabricarea unei baterii mai mari, utilizând acest concept.”
Citește și: Cercetătorii au creat baterii din gunoi. Cum au reușit
