Группа ученых A*STAR успешно переработала полиэтилентерефталатный (ПЭТ) пластик в полимерные электролиты, которые являются ключевыми компонентами более безопасных литий-ионных аккумуляторов (LiB). Исследование является первым известным отчетом о рабочей литий-ионной батарее, собранной с использованием полимеров, переработанных из ПЭТ-пластика, который используется для изготовления пластиковых бутылок.
Исследование было опубликовано в Journal of Materials Chemistry A в ноябре 2022 года.
Пластиковые отходы — это растущая проблема в современном мире, и она будет расти с ростом спроса на пластик. В 2019 году во всем мире было произведено 460 миллионов тонн пластика, но только 9% перерабатываются, а остальные либо сжигаются, либо выбрасываются на свалки и в окружающую среду.
Пластиковые отходы обычно перерабатываются с помощью механических и химических процессов , которые имеют свои недостатки. Для механической переработки в конечном итоге может быть использована лишь небольшая часть переработанного ПЭТФ, поскольку его физические свойства ухудшаются с каждым циклом переработки из-за разрыва полимерной цепи. Химическая переработка связана с высоким потреблением энергии, требует очищенных мономеров и может быть более дорогостоящей по сравнению с использованием первичных полимеров.
«Вторичная переработка пластиковых отходов — это новая стратегия, позволяющая дать этим вездесущим, но часто выбрасываемым материалам новую жизнь, чтобы превратить их в новые продукты с добавленной стоимостью для новых применений. ПЭТ-пластики обладают большим потенциалом для вторичной переработки благодаря хорошо зарекомендовавшей себя системе сбора отходов. инфраструктура и относительно несложные потоки отходов», — сказал д-р Деррик Фам, заместитель руководителя отдела полимерных композитов в Институте исследования материалов и инженерии A*STAR (IMRE), который руководил этим исследованием вместе с доктором Джейсоном Лимом, заместителем руководителя Отдел мягких материалов в IMRE.
«Спрос на экологически чистые материалы для литий-ионных аккумуляторов растет из-за большей электрификации. Однако использование отходов ПЭТ-пластика в качестве ресурса для полимерных электролитов до сих пор не было достигнуто. Это представляет собой нашу первую попытку вторичной переработки. отходы ПЭТ-пластика для этого применения», — сказал доктор Лим.
Раскрытие потенциала домашних животных: использование существующей собственности
Среди различных видов пластика полиэтилентерефталат (ПЭТФ) является одним из самых распространенных пластиков, производимых сегодня, его объем в 2019 году составил 31 миллион тонн.
ПЭТ-пластики обладают существующими характеристиками, которые делают их пригодными для вторичной переработки в полимерные электролиты (ПЭ). Они состоят из жестких компонентов из терефталата, которые способствуют их превосходным механическим свойствам и могут использоваться для повышения механической прочности полиэтилена, что, в свою очередь, облегчает интеграцию и изготовление устройств.
Кроме того, они обладают легко разрушаемыми химическими связями, что позволяет легко перепрофилировать эти полимеры в новые химические строительные блоки. Затем их можно преобразовать в новые полимеры для новых применений.
От бутылок к батареям: революционный дизайн аккумуляторов
Отработанные ПЭТ-бутылки использовались командой для разработки ПЭ на основе полиуретана. По сравнению с обычными жидкими электролитами, используемыми в настоящее время в LiB, полиэтилены являются многообещающими альтернативными компонентами в батареях, которые потенциально могут устранить угрозы безопасности, такие как риск утечки электролита, неконтролируемый нагрев, объемное расширение, рост дендритов и опасность возгорания.
После оценки жизнеспособности полимеров, полученных из ПЭТФ, в качестве твердых полимерных электролитов, команда дополнительно оценила их ионную проводимость и цикличность при использовании в качестве гелевых полимерных электролитов для LiB.
Результаты исследования показали потенциал полиуретанов, полученных из отходов ПЭТ, в качестве полимерных электролитов для LiB. Они достигли проводимости при комнатной температуре 10 -4 См/см в качестве гель- полимерного электролита (ГПЭ), что сравнимо с существующими коммерческими системами, содержащими жидкие электролиты. Команда также успешно собрала рабочий LiB с использованием этих полимеров и показала, что элементы можно многократно заряжать и разряжать до 150 циклов.
Их многообещающие характеристики прокладывают путь к будущему, основанному на более устойчивой энергетике , где пластиковые отходы ПЭТ могут быть преобразованы в полиэтиленовые материалы для аккумуляторов, создавая экономику замкнутого цикла и борясь с растущей проблемой пластиковых отходов. Команда также будет стремиться развивать технологию вторичной переработки пластиковых отходов в более широких масштабах для создания компонентов для экологически чистых аккумуляторов.
Комментарии
Отправить комментарий