Los plásticos de microondas pueden aumentar la vida útil de las baterías de litio y azufre

Los investigadores han descubierto que remojar plástico de baja densidad en un solvente que contiene azufre, colocarlo en un horno de microondas y convertirlo en un soporte de carbón puede hacer que las baterías de litio-azufre sean más útiles y mantengan una mayor capacidad.

Los ingenieros de la Universidad de Purdue han encontrado una solución al problema de los vertederos de plástico y también han mejorado las baterías: sumergen plásticos sin tinta en solventes que contienen azufre, en microondas y luego los colocan en baterías como soportes de carbono.

Las baterías de litio-azufre se conocen como la próxima generación de baterías que reemplazan la variedad actual de baterías de iones de litio. Las baterías de litio-azufre son más baratas y consumen más energía que las baterías de iones de litio, lo que las convierte en características importantes que van desde automóviles eléctricos hasta computadoras portátiles.

Sin embargo, el hecho de que las baterías de azufre de litio golpeen es que no duran mucho y pueden usarse durante aproximadamente 100 ciclos de carga.

Investigadores de la Universidad de Purdue han encontrado una manera de aumentar la vida en un proceso que tiene el beneficio adicional de ser una forma conveniente de reciclar plásticos. Los procesos recientemente publicados sobre aplicaciones e interfaces de ACS han demostrado que los plásticos empapados en azufre se pueden convertir en sustancias ideales colocándolos en hornos microondas, incluidas bolsas de plástico transparentes. Esto aumentará la vida útil de la próxima batería a más de 200 ciclos de recarga.

"No importa cuántas veces se recicla el plástico, permanece en la Tierra", dijo Weilasiboer, profesor asociado de la Escuela de Ingeniería Química de la Universidad de Purdue. "Hemos estado tratando de deshacernos de él durante mucho tiempo. Es una forma de agregar al menos valor".

La necesidad de reducir los vertederos está sincronizada con la necesidad de hacer que las celdas de azufre de litio sean adecuadas para uso comercial.

"A medida que las baterías de azufre de litio se vuelven cada vez más populares, esperamos lograr una vida útil más larga", dijo Bohr.

Los plásticos de polietileno de baja densidad se utilizan para el embalaje y contienen una gran cantidad de desechos plásticos, lo que ayuda a resolver el problema a largo plazo de las baterías de litio y azufre, un fenómeno llamado efecto lanzadera de polisulfuro, que limita la duración de la carga de la batería.

Como su nombre lo indica, las baterías de litio y azufre contienen litio y azufre. Cuando se aplica corriente, los iones de litio migran al azufre y reaccionan químicamente para producir sulfuro de litio. El polisulfuro, un subproducto de la reacción, tiende a regresar al lado del litio y evita que los iones de litio migren al azufre. Esto reducirá la capacidad de carga y la vida útil de la batería.

"La forma más fácil de bloquear los polisulfuros es establecer una barrera física entre el litio y el azufre", dijo Patelikejin, investigador asistente de ingeniería química en la Universidad de Purdue.

Estudios anteriores han intentado crear tales barreras utilizando biomasa, como pieles de banano y cáscaras de globo, porque los poros en el carbono derivado de la biomasa pueden capturar sulfuros polimetálicos.

"Cada material tiene sus propias ventajas, pero la biomasa está bien conservada y se puede utilizar para otros fines", dijo Bohr. "Los plásticos de desecho son materiales realmente inútiles y muy cargados".

En cambio, los investigadores descubrieron cómo incorporar plástico en un soporte de carbono para inhibir el transporte de sulfuros polimetálicos a través de la batería. Estudios anteriores han demostrado que los plásticos de polietileno de baja densidad se combinan con grupos sulfonados para producir carbono.

Los investigadores sumergieron una bolsa de plástico en un solvente que contenía azufre y la pusieron en un horno microondas a bajo costo para proporcionar las temperaturas en rápido aumento necesarias para convertirla en polietileno de baja densidad. El calor promueve la sulfonación y carbonización de los plásticos y provoca densidades más altas de poros de polisulfuro atrapados. Los plásticos de polietileno de baja densidad se pueden convertir en andamios de carbono para separar la mitad del litio y el azufre en las pilas de botón.

"El carbono derivado de los plásticos de este proceso incluye grupos sulfonato cargados negativamente, que también están presentes en los polisulfuros", dijo Kim. El polietileno sulfonado de baja densidad se convierte en un andamio de carbono, por lo que los polisulfuros se inhiben al tener estructuras químicas similares.

"Este es el primer paso para aumentar la retención de la capacidad de la batería", dijo Pol. "El siguiente paso es utilizar este concepto para fabricar baterías más grandes".

El estudio fue realizado por Naval Enterprise Partnership en colaboración con el Centro Nacional de Excelencia en Investigación de Electricidad y Energía de la Universidad de Purdue.

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