Purdues ingenjörer har hittat ut ett sätt att ta itu med plastdeponier samtidigt som de förbättrar batterierna – genom att sätta bläckfri plast indränkt i svavelhaltigt lösningsmedel i en mikrovågsugn, och sedan in i batterier som en kolställning.

Litium-svavelbatterier har hyllats som nästa generations batterier för att ersätta den nuvarande litiumjonvarianten. Litium-svavelbatterier är billigare och mer energitäta än litiumjoner, vilket skulle vara viktiga egenskaper i allt från elfordon till bärbara datorer.

Men knackningen på litium-svavelbatterier hittills är att de inte håller så länge, kan användas i cirka 100 laddningscykler.

Purdue-forskare har hittat ett sätt att öka livslängden i en process som har den extra bonusen att vara ett bekvämt sätt att återvinna plast. Deras process, som nyligen publicerades i ACS tillämpade material och gränssnitt , visar att man lägger svaveldränkt plast i en mikrovågsugn, inklusive genomskinliga plastpåsar, omvandlar materialet till det idealiska ämnet för att öka livslängden för de kommande batterierna till mer än 200 laddnings-urladdningscykler.

"Oavsett hur många gånger du återvinner plast, att plast stannar kvar på jorden, sa Vilas Pol, docent vid Purdues School of Chemical Engineering. "Vi har länge funderat på sätt att bli av med det, och det här är ett sätt att åtminstone tillföra värde."

Behovet av att minska deponier löper parallellt med att litium-svavelbatterier är tillräckligt bra för kommersiellt bruk.

"Eftersom litium-svavelbatterier blir mer populära, vi vill få ett längre liv ur dem, sa Pol.

Lågdensitetspolyetenplast, som används för förpackningar och består av en stor del plastavfall, hjälper till att lösa ett långvarigt problem med litium-svavelbatterier – ett fenomen som kallas polysulfid-shuttling-effekten som begränsar hur länge ett batteri kan hålla mellan laddningarna.

Litium-svavelbatterier, som deras namn antyder, har ett litium och ett svavel. När en ström appliceras, litiumjoner migrerar till svavlet och en kemisk reaktion äger rum för att producera litiumsulfid. Biprodukten av denna reaktion, polysulfid, tenderar att gå tillbaka över till litiumsidan och förhindra migration av litiumjoner till svavel. Detta minskar laddningskapaciteten för ett batteri samt livslängden.

"Det enklaste sättet att blockera polysulfid är att placera en fysisk barriär mellan litium och svavel, sa Patrick Kim, en Purdue postdoc forskarassistent i kemiteknik.

Tidigare studier hade försökt göra denna barriär av biomassa, såsom bananskal och pistageskal, eftersom porerna i kol som härrör från biomassa hade potential att fånga upp polysulfid.

"Varje material har sin egen fördel, men biomassa är bra att behålla och kan användas för andra ändamål, "Avfallsplast är verkligen värdelöst och betungande material."

Istället, forskare tänkte på hur plast kan införlivas i en kolställning för att undertrycka polysulfidtransport i ett batteri. Tidigare forskning har visat att lågdensitetspolyetenplast ger kol i kombination med sulfonerade grupper.

Forskarna blötlade en plastpåse i svavelhaltigt lösningsmedel och lade den i en mikrovågsugn för att billigt ge den snabba temperaturökningen som behövs för omvandling till lågdensitetspolyeten. Värmen främjade sulfoneringen och karboniseringen av plasten och inducerade en högre täthet av porer för att fånga upp polysulfid. Lågdensitetspolyetenplasten kunde sedan göras till en kolställning för att dela litium- och svavelhalvorna av en batteris myntcell.

"Det plasthärledda kolet från denna process inkluderar en sulfonatgrupp med en negativ laddning, vilket också är vad polysulfid har, " sa Kim. Sulfonerad lågdensitetspolyeten som gjorts till en ställning i kol, därför, undertryckt polysulfid genom att ha en liknande kemisk struktur.

"Detta är det första steget för att förbättra kapacitetsbevarandet av batteriet, ", sa Pol. "Nästa steg är att tillverka ett större batteri med detta koncept."