Gli ingegneri della Purdue hanno escogitato un modo per affrontare le discariche di plastica migliorando al contempo le batterie, inserendo plastica priva di inchiostro imbevuta di solvente contenente zolfo in un forno a microonde, e poi nelle batterie come un'impalcatura di carbonio.

Le batterie al litio-zolfo sono state acclamate come la prossima generazione di batterie per sostituire l'attuale varietà agli ioni di litio. Le batterie al litio-zolfo sono più economiche e più dense di energia rispetto agli ioni di litio, che sarebbero caratteristiche importanti in tutto, dai veicoli elettrici ai laptop.

Ma il colpo sulle batterie al litio-zolfo a questo punto è che non durano così a lungo, essere utilizzabile per circa 100 cicli di ricarica.

I ricercatori di Purdue hanno trovato un modo per aumentare la durata della vita in un processo che ha il vantaggio di essere un modo conveniente per riciclare la plastica. Il loro processo, che è stato recentemente pubblicato in Materiali e interfacce applicati ACS , mostra che mettendo la plastica imbevuta di zolfo nel microonde, compresi i sacchetti di plastica trasparente, trasforma il materiale nella sostanza ideale per aumentare la durata delle batterie in arrivo a più di 200 cicli di carica-scarica.

"Non importa quante volte ricicli la plastica, che la plastica resta sulla terra, " ha detto Vilas Pol, professore associato presso la Purdue's School of Chemical Engineering. "Abbiamo pensato a come sbarazzarcene da molto tempo, e questo è almeno un modo per aggiungere valore".

La necessità di ridurre le discariche corre parallela alla realizzazione di batterie al litio-zolfo abbastanza buone per l'uso commerciale.

"Poiché le batterie al litio-zolfo stanno diventando sempre più popolari, vogliamo ottenere una vita più lunga risucchiata da loro, " ha detto Pol.

Plastica polietilene a bassa densità, che viene utilizzato per l'imballaggio e comprende una grande porzione di rifiuti di plastica, aiuta ad affrontare un problema di lunga data con le batterie al litio-zolfo, un fenomeno chiamato effetto polisolfuro di spola che limita la durata di una batteria tra una ricarica e l'altra.

batterie al litio-zolfo, come suggerisce il nome, avere un litio e uno zolfo. Quando viene applicata una corrente, gli ioni di litio migrano verso lo zolfo e avviene una reazione chimica per produrre solfuro di litio. Il sottoprodotto di questa reazione, polisolfuro, tendono a tornare sul lato del litio e impediscono la migrazione degli ioni di litio in zolfo. Ciò riduce la capacità di carica di una batteria e la durata.

"Il modo più semplice per bloccare il polisolfuro è posizionare una barriera fisica tra litio e zolfo, "ha detto Patrick Kim, un ricercatore postdoc Purdue in ingegneria chimica.

Precedenti studi avevano tentato di creare questa barriera con la biomassa, come bucce di banana e gusci di pistacchio, perché i pori nel carbonio derivato dalla biomassa avevano il potenziale per catturare il polisolfuro.

"Ogni materiale ha il suo vantaggio, ma la biomassa è buona da conservare e può essere utilizzata per altri scopi, " ha detto Pol. "La plastica di scarto è davvero un materiale senza valore e gravoso".

Anziché, i ricercatori hanno pensato a come la plastica potrebbe essere incorporata in un'impalcatura di carbonio per sopprimere lo spostamento del polisolfuro in una batteria. Ricerche precedenti avevano dimostrato che la plastica in polietilene a bassa densità produce carbonio quando combinata con gruppi solfonati.

I ricercatori hanno immerso un sacchetto di plastica in un solvente contenente zolfo e lo hanno messo in un forno a microonde per fornire a basso costo il rapido aumento della temperatura necessario per la trasformazione in polietilene a bassa densità. Il calore ha promosso la solfonazione e la carbonizzazione della plastica e ha indotto una maggiore densità di pori per catturare il polisolfuro. La plastica di polietilene a bassa densità potrebbe quindi essere trasformata in un'impalcatura di carbonio per dividere le metà di litio e zolfo di una batteria a bottone.

"Il carbonio derivato dalla plastica da questo processo include un gruppo solfonato con una carica negativa, che è anche ciò che ha il polisolfuro, " ha detto Kim. Polietilene a bassa densità solfonato trasformato in un'impalcatura di carbonio, perciò, polisolfuro soppresso avendo una struttura chimica simile.

"Questo è il primo passo per migliorare la capacità di ritenzione della batteria, " ha detto Pol. "Il prossimo passo è fabbricare una batteria di dimensioni maggiori utilizzando questo concetto".