微波塑料可增加鋰硫電池的使用壽命

普渡大學的工程師們已經想出了一種解決塑料垃圾填埋問題的方法，同時也改進了電池 - 將塑料浸入含硫溶劑中，並放入微波爐中，然後作為碳支架放入電池中。

鋰硫電池被譽為替代當前鋰離子電池的下一代電池。鋰硫電池比鋰離子電池更便宜，能量更密集，這將成為從電動汽車到筆記本電腦等的事物中的重要特性。

但是，鋰硫電池的壽命並不長，可用於大約100個充電周期。

普渡大學的研究人員已經找到了一種方法來延長鋰硫電池的使用壽命，並且這種方法還有塑料循環利用的額外好處。這種方法，最近在ACS Applied Materials and Interfaces上發表（「Toward High-Performance Lithium–Sulfur Batteries: Upcycling of LDPE Plastic into Sulfonated Carbon Scaffold via Microwave-Promoted Sulfonation」），結果顯示，將經過浸泡的塑料放入微波爐，包括透明塑料袋，將轉換為理想物質，能為即將到來的電池的使用壽命延長至200多次充放電循環。

普渡大學化學工程學院副教授Vilas Pol說：「無論你回收塑料多少次，塑料都會留在地球上。我們很長一段時間一直在想辦法擺脫它，這是一種至少可以增加價值的方法。」

減少垃圾填埋的必要性與使鋰硫電池足以滿足商業用途並行同步。

「由於鋰硫電池越來越受歡迎，我們希望它們有更長的壽命，」 Pol說。

用於包裝的低密度聚乙烯塑料含有大量塑料廢物，有助於解決鋰硫電池長期存在的問題 - 這種現象稱為多硫化物穿梭效應，限制了電池在充電之間的持續時間。

顧名思義，鋰硫電池含有鋰和硫。當施加電流時，鋰離子遷移到硫並發生化學反應以產生硫化鋰。該反應副產物多硫化物傾向於回到鋰離子側並防止鋰離子遷移到硫中。這就會降低電池的充電容量以及壽命。

「阻斷多硫化物最簡單的方法是在鋰和硫之間設置物理屏障，」普渡大學化學工程研究助理研究員Patrick Kim說。

以前的研究試圖用生物質製造這種屏障，例如香蕉皮和開心果殼，因為生物質衍生碳中的孔隙有可能捕獲多硫化物。

「每種材料都有它自己的好處，但生物質很好保存，可以用於其他目的，」 Pol說。「廢塑料真的是毫無價值和累贅的材料。」

相反，研究人員想到如何將塑料併入碳支架以抑制電池中的多硫化物穿梭。過去的研究表明，低密度聚乙烯塑料與磺化基團結合後會產生碳。

研究人員將一個塑料袋浸入含硫溶劑中，並將其放入微波爐中，低成本地提供轉化為低密度聚乙烯所需的溫度。熱量促進了塑料的磺化和碳化，並且導致更高密度的孔隙來捕獲多硫化物。低密度聚乙烯塑料可以製成一個碳支架，用來分離電池的鋰和硫。

「來自這個過程的塑料衍生碳包括帶負電荷的磺酸鹽基團，這也是多硫化物所具有的。」Kim說。磺化低密度聚乙烯製成碳支架，因此通過具有類似的化學結構抑制了多硫化物。

「這是提高電池容量的第一步，」Pol說，「下一步就是利用這個概念來製造更大尺寸的電池。」

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