Les ingénieurs de Purdue ont trouvé un moyen de s'attaquer aux décharges de plastique tout en améliorant les batteries - en mettant du plastique sans encre imbibé de solvant contenant du soufre dans un micro-ondes, puis dans des batteries comme un échafaudage en carbone.

Les batteries lithium-soufre ont été saluées comme la prochaine génération de batteries pour remplacer la variété actuelle au lithium-ion. Les batteries lithium-soufre sont moins chères et plus denses en énergie que les ions lithium, qui seraient des caractéristiques importantes dans tout, des véhicules électriques aux ordinateurs portables.

Mais le coup sur les batteries lithium-soufre à ce stade, c'est qu'elles ne durent pas aussi longtemps, utilisable pour environ 100 cycles de charge.

Les chercheurs de Purdue ont trouvé un moyen d'augmenter la durée de vie dans un processus qui a l'avantage supplémentaire d'être un moyen pratique de recycler le plastique. Leur processus, qui a été récemment publié dans Matériaux et interfaces appliqués ACS , montre que mettre du plastique imbibé de soufre dans un micro-ondes, y compris les sacs en plastique transparents, transforme le matériau en la substance idéale pour augmenter la durée de vie des prochaines batteries à plus de 200 cycles de charge-décharge.

"Peu importe combien de fois vous recyclez le plastique, que le plastique reste sur la terre, " dit Vilas Pol, professeur agrégé à l'École de génie chimique de Purdue. "Nous réfléchissons depuis longtemps à des moyens de nous en débarrasser, et c'est un moyen d'ajouter au moins de la valeur."

La nécessité de réduire les décharges va parallèlement à la fabrication des batteries lithium-soufre suffisamment bonnes pour un usage commercial.

« Parce que les batteries lithium-soufre sont de plus en plus populaires, nous voulons en tirer une vie plus longue, " dit Pol.

Plastique polyéthylène basse densité, qui sert à l'emballage et comprend une grande partie des déchets plastiques, aide à résoudre un problème de longue date avec les batteries lithium-soufre - un phénomène appelé effet de navette polysulfure qui limite la durée de vie d'une batterie entre les charges.

Batteries lithium-soufre, comme leur nom l'indique, avoir un lithium et un soufre. Lorsqu'un courant est appliqué, les ions lithium migrent vers le soufre et une réaction chimique se produit pour produire du sulfure de lithium. Le sous-produit de cette réaction, polysulfure, ont tendance à repasser du côté lithium et empêchent la migration des ions lithium vers le soufre. Cela diminue la capacité de charge d'une batterie ainsi que sa durée de vie.

"Le moyen le plus simple de bloquer le polysulfure est de placer une barrière physique entre le lithium et le soufre, " a déclaré Patrick Kim, un associé de recherche postdoctoral Purdue en génie chimique.

Des études antérieures avaient tenté de fabriquer cette barrière à partir de la biomasse, comme les pelures de banane et les coques de pistaches, parce que les pores du carbone dérivé de la biomasse avaient le potentiel d'attraper le polysulfure.

"Chaque matériau a son propre avantage, mais la biomasse est bonne à conserver et peut être utilisée à d'autres fins, " Pol a dit. " Les déchets plastiques sont vraiment des matériaux sans valeur et encombrants. "

Au lieu, les chercheurs ont pensé à la façon dont le plastique pourrait être incorporé dans un échafaudage en carbone pour supprimer la navette du polysulfure dans une batterie. Des recherches antérieures avaient montré que le plastique polyéthylène basse densité produit du carbone lorsqu'il est combiné avec des groupes sulfonés.

Les chercheurs ont trempé un sac en plastique dans un solvant contenant du soufre et l'ont placé dans un micro-ondes pour fournir à moindre coût l'augmentation rapide de la température nécessaire à la transformation en polyéthylène basse densité. La chaleur a favorisé la sulfonation et la carbonisation du plastique et a induit une densité plus élevée de pores pour attraper le polysulfure. Le plastique polyéthylène basse densité pourrait ensuite être transformé en un échafaudage en carbone pour diviser les moitiés lithium et soufre d'une pile bouton de batterie.

"Le carbone dérivé du plastique de ce processus comprend un groupe sulfonate avec une charge négative, qui est aussi ce que le polysulfure a, ", a déclaré Kim. Du polyéthylène basse densité sulfoné transformé en un échafaudage en carbone, donc, polysulfure supprimé en ayant une structure chimique similaire.

"C'est la première étape pour améliorer la capacité de rétention de la batterie, " a déclaré Pol. " La prochaine étape consiste à fabriquer une batterie de plus grande taille utilisant ce concept. "