用廢包裝材料制造鋰電池電極

　　來自普渡大學的科學家們用聚苯乙烯和淀粉基“花生式”包裝材料制造具有碳納米結構和微層結構的鋰離子電池陽極。

　　科學家們已經找到將廢棄的“花生式”包裝材料轉化為高性能鋰電池碳電極的方法，這是一種能夠實現廢物利用的環保新方法，而這種碳電極的性能甚至優于傳統的石墨電極。

　　電池有陽極和陰極兩極，鋰離子電池陽極大多由石墨構成。鋰離子存在于電解液中，在充電時向陽極轉移并儲存在陽極上。最近，來自普渡大學的科學家們分別向我們展示了如何用聚苯乙烯和淀粉基“花生式”包裝材料制造具有碳納米結構和微層結構的鋰離子電池陽極。目前該項成果已經在第249屆美國化學學會全國會議展出。

　　博士后研究助理Vinodkumar Etacheri回憶說：“在我們的實驗室里有很多花生式包裝材料，Vilas Pol教授提議我們可以找到一條途徑將這些材料進行廢物利用。”正是這個簡單的提議，促成了這項對包裝材料進行再利用的環境友好型新技術的誕生。研究指出：相比于市售的石墨電極，這種新型正極材料充電更快，并且具有更高的比容量。

　　Pol說道：“盡管花生式包裝材料在航運上有很好的應用，但它是出了名的難分解，只有10%的包裝材料能夠實現再利用。對于回收者來說，由于它的密很低度，需要很大的空間進行裝備和運輸，花費十分昂貴，不會有太大的利潤。”因此，花生式包裝材料最終往往在垃圾場進行填埋，且數十年不會分解。盡管淀粉基包裝材料比聚苯乙烯包裝材料更為環保，但它含有的化學物質和清潔劑也會污染土壤和水，給海洋生物帶來很大的危害。

　　Pol說道：“這是一種非常簡單直接的新方法，無需過渡金屬鹽催化劑，直接將花生式包裝材料在惰性氣體氛圍中進行加熱，且將溫度控制在在500—900攝氏度范圍內。所得材料再加工即可制成陽極。”

　　Etacheri說道：“這是一種便宜、環境友好并具有大規模生產潛能的新技術。微觀和光譜分析證明在經過多次充放電循環之后，由于其微觀結構和形態的影響，電極仍具有優越的電化學性能。”

　　市場上陽極粒子要比這種新型陽極粒子厚10倍，且電阻更高，而這也增加了充電時間。Pol說道：“在我們的實驗中，如果在充電過程中對材料進行鋰化，它只需移動1微米的距離，這也是我們的材料比商用材料充放電更快速的原因。”

　　由于（電極）片層薄且多孔，因此在電池中它們與液態電解液有更好的接觸。

　　他說：“相較于商用石墨電極，這種電極展現出了更為優異的鋰離子存儲能力。”這種用花生式包裝材料制造的碳陽極最大比容量為420 mAh/g，要高于石墨電極理論容量372 mAh/g。

　　他說：“這些碳電極的長期電化學性能非常穩定，可以循環充放電300次而沒有明顯的容量損失。同時，這種碳電極也有望用在可充電鈉離子電池中。未來的工作包括：通過進一步活化改善其性能；增加表面積和孔的尺寸；改進電化學性能。”