新型加工技术把包装填充物变成电池组件力量

研究人员已经研究出如何把废弃的包装填充物变成可充电锂离子电池中的高性能碳电极，该电极比传统石墨电极性能更优越。这将成为一种环境友好型变废为宝的新方法。

该示意图描述了把废弃的包装填充物变成可用于锂离子电池中的性能优于传统石墨电极的高性能碳电极的过程。这将成为一种环境友好型变废为宝的新方法。(来源：普渡大学图片/Vinodkumar Etacheri)

“资产阶级自由化运动”开始高涨 研究人员展示了如何把废弃的包装填充物转变成成可充电锂离子电池中的高性能碳电极，该电极比传统石墨电极性能更优。这将成为一种可变废为宝的环境友好型新方法。

电池具有阳极和阴极两个电极当今锂离子电池中最常见的阳极材料是由石墨稀组成的。锂离子存在于叫做电解液的液体中，这些锂离子在充电过程中会储存在阳极中。现在来自普渡大学的研究人员给我们展示了如何分别用聚苯乙烯和淀粉基包装填充物制备碳纳米颗粒状和微米层状阳极。

博士后研究助理 Vinodkumar Etacheri 回忆说：“我们在建立新实验室的时候，留下了很多废弃的包装填充材料。Vilas Pol 教授建议找一个方法利用这样这些填充物做一些有用的事情。”

Pol教授说，这个简单的建议催生出了可能让包装废物变废为宝的环境友好型新方法。研究结果表明新型阳极与市场上得石墨电极相比充电速度更快并且具有更高的比容量。

这项新发现正在3月22日至26日在丹佛举行的第249届美国化学学会全国会议及博览上展出。该研究是由Etacheri博后, Pol 教授和化学工程系本科生Chulgi Nathan Hong共同完成的。

“尽管包装填充物作为物品运输中物品保护的最佳方法在全球范围内广泛应用，但是它们确是出了名的难分解，只有10%的填充物可以回收利用。”Pol说道， “由于它们密度很小，巨大的容器需要运输给回收商的费用很昂贵，投资收益很低。”

所以这些包装填充物通常进行垃圾填埋处理，在地下数十年保持不变。尽管淀粉基填充物比聚苯乙烯型的要更环境友好，但是它们仍含有有害的化学物质和洗涤剂，会污染土壤和水生生态系统，进一步威胁到海洋动物，Pol进一步说道。

Pol讲道：“新方法是一种简单直接的方法。典型的方法是把填充物放在存在或者不存在过渡金属盐催化剂的炉中，惰性气体的保护下，加热到500℃ -900℃。得到的产物便可被加工成阳极材料。”

“这个过程廉价、环境友好，有大规模生产潜力。”Etacheri说，“显微镜和光谱分析证明具有出色电化学特性的微观结构和形貌在很多次的充放电循环之后仍然保持不变。”

市面上的阳极颗粒比这些新的阳极材料厚十倍，同时阻抗更高，这样电池需要的充电时间就延长了。“在我们的研究中，如果在电池充电过程中把材料锂化，锂离子移动的距离仅仅需要1微米，所以该材料可以比目前商业化的材料更快的充放电。”Pol如是说道，“因为膜薄而多孔，它们便可以和电解液更好的接触。这些电极与市面上的石墨阳极材料比起来，其锂离子储存能力也明显高了很多。”

Etacheri说到，填充物得到的碳阳极测得最大的比容量为420 mAh/g(毫安时每克)，该值比石墨电极的理论容量(372 mAh/g)还要高。这些电极的长期电化学特性非常稳定，他们循环充电使用了300次，电池容量都没有明显的降低。这些碳电极同样有可能应用于可充电钠离子电池中。他们未来的工作将包括通过进一步激活增加材料表面积和孔隙大小来提高电化学性能，最终提高碳电极的性能。

新材料编译整理—— 翻译：赵欢

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