Батареи имеют два электрода, называемые анодом и катодом. Аноды в большинстве современных литий-ионных аккумуляторов сделаны из графита. Ионы лития содержатся в жидкости, называемой электролитом, и эти ионы накапливаются на аноде во время перезарядки.
Теперь исследователи из Университета Пердью показали, как изготавливать аноды с углеродными наночастицами и микролитами из полистирола и упаковочного арахиса на основе крахмала соответственно.«Мы получали много арахиса при создании нашей новой лаборатории», — вспоминает научный сотрудник постдокторского исследования Винодкумар Этачери. «Профессор Вилас Пол предложил способ сделать что-нибудь полезное с этим арахисом».
Это простое предложение привело к потенциально новому экологически безопасному применению отходов упаковки. Результаты исследований показывают, что новые аноды могут заряжаться быстрее и обеспечивать более высокую «удельную емкость» по сравнению с коммерчески доступными графитовыми анодами, сказал Пол.Новые результаты представлены на 249-м Национальном собрании Американского химического общества. Выставка в Денвере 22-26 марта.
Работу выполнили Этачери, Пол и студент химического факультета Чулги Натан Хонг.«Хотя упаковка арахиса используется во всем мире как идеальное решение для транспортировки, его, как известно, трудно сломать, и только около 10 процентов перерабатывается», — сказал Пол. «Из-за их низкой плотности огромные контейнеры требуются для транспортировки и отправки переработчику, что является дорогостоящим и не приносит большой прибыли от инвестиций».
Следовательно, упакованный арахис часто попадает на свалки, где он остается нетронутым в течение десятилетий. По его словам, хотя версии на основе крахмала более экологичны, чем арахис из полистирола, они содержат химические вещества и детергенты, которые могут загрязнять почву и водные экосистемы, создавая угрозу для морских животных.По словам Пола, новый метод «представляет собой очень простой и понятный подход». «Обычно арахис нагревают от 500 до 900 градусов Цельсия в печи в инертной атмосфере в присутствии или отсутствии катализатора на основе соли переходного металла».
Полученный материал затем перерабатывается в аноды.«Этот процесс недорогой, экологически безопасный и потенциально практичный для крупномасштабного производства», — сказал Этачери. «Микроскопический и спектроскопический анализы подтвердили, что микроструктуры и морфологии, ответственные за превосходные электрохимические характеристики, сохраняются после многих циклов заряда-разряда».Частицы промышленных анодов примерно в 10 раз толще новых анодов и имеют более высокое электрическое сопротивление, что увеличивает время зарядки.
«В нашем случае, если мы литиируем этот материал во время зарядки аккумулятора, он должен пройти всего 1 микрометр, поэтому вы можете заряжать и разряжать аккумулятор быстрее, чем ваш коммерчески доступный материал», — сказал Пол.Поскольку листы тонкие и пористые, они обеспечивают лучший контакт с жидким электролитом в батареях.«Эти электроды продемонстрировали заметно более высокую эффективность аккумулирования литий-иона по сравнению с коммерчески доступными графитовыми анодами», — сказал он.Угольные аноды из упаковочного арахиса продемонстрировали максимальную удельную емкость 420 мАч / г (миллиампер-час на грамм), что выше, чем теоретическая емкость графита (372 мАч / г), сказал Этачери.
«Долгосрочные электрохимические характеристики этих угольных электродов очень стабильны», — сказал он. «Мы включили его 300 раз без значительной потери емкости. Эти углеродистые электроды также перспективны для перезаряжаемых натрий-ионных батарей. Будущая работа будет включать шаги по потенциальному повышению производительности за счет дальнейшей активации для увеличения площади поверхности и размера пор для улучшения электрохимических характеристик. "