從舊輪胎提取出鋰電池陽(yáng)極材料

來(lái)自美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(ORNL)的科研人員，從廢棄汽車輪胎獲取炭黑，并適當(dāng)調(diào)節(jié)其微觀結(jié)構(gòu)特征，加工出應(yīng)用在鋰離子電池組上的高性能、低成本碳素陽(yáng)極材料。

這篇有關(guān)電化學(xué)的專業(yè)論文發(fā)表在RSC Advances期刊上，研究顯示從廢舊輪胎收集原材料制造的碳素陽(yáng)極在經(jīng)歷過(guò)100次充放電循環(huán)后，依然擁有接近390毫安時(shí)/克的可逆電容量，該數(shù)據(jù)要優(yōu)于目前市場(chǎng)上銷售的最優(yōu)質(zhì)石墨材料。研究人員認(rèn)為如此出眾的性能表現(xiàn)，得益于輪胎中碳元素獨(dú)一無(wú)二的微觀結(jié)構(gòu);陽(yáng)極材料來(lái)源于硫化輪胎橡膠和標(biāo)準(zhǔn)輪胎橡膠中的碳物質(zhì)，二者最初的庫(kù)倫效率值分別達(dá)到71%和45%。從廢舊汽車輪胎橡膠中提取高性能碳材料，開(kāi)發(fā)出在能量?jī)?chǔ)存方面的潛在利用價(jià)值，對(duì)輪胎橡膠的循環(huán)使用增加了一條新道路。

ORNL研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)一項(xiàng)享有專利認(rèn)證的預(yù)處理技術(shù)，獲得熱解炭黑材料，特性與石墨相似，區(qū)別在于前者是人工制造的。微粒化的輪胎橡膠首先要在高溫發(fā)煙硫酸池中被溶化，得到硫化橡膠懸浮液，然后進(jìn)行過(guò)濾、清洗操作，再壓縮成固體實(shí)心塊。在氮?dú)猸h(huán)境下高溫分解固體塊，得到硫化橡膠粉末;碳化過(guò)程中對(duì)材料進(jìn)行適當(dāng)?shù)墓に囂幚恚涂梢允斋@擁有較高表面面積的熱解炭黑復(fù)合材料。為了防止金屬粒子等潛在雜質(zhì)混入炭黑粉末中，生產(chǎn)的橡膠粉末在加工流程中需要用酸性溶液進(jìn)行清洗。

采用化學(xué)預(yù)處理的手段，由橡膠加工出的碳晶體產(chǎn)量會(huì)更大。但是這種碳精材料直徑3到5納米的孔隙極少，非常重要的納米孔隙(直徑小于2納米)也幾乎沒(méi)有，減少了相對(duì)表面積，像是對(duì)石墨材料進(jìn)行簡(jiǎn)單的有序排列。而利用舊輪胎加工碳素陽(yáng)極的技術(shù)旨在，開(kāi)發(fā)低成本、環(huán)境友好型的碳素復(fù)合陽(yáng)極材料，并且保證更大的表面面積、更好的性能表現(xiàn)以及長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定可靠性。

研究人員正全力測(cè)試一套生產(chǎn)工藝，目的在于回收更大比例的碳素材料，并驗(yàn)證該炭黑材料作為軟包裝鋰離子電池組陽(yáng)極的可行性。研究人員還預(yù)期這種新型炭黑陽(yáng)極材料的鋰電池，在價(jià)格方面比市面常見(jiàn)的石墨陽(yáng)極電池要低一些。ORNL計(jì)劃與美國(guó)企業(yè)合作，以取得這項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)的授權(quán)，然后為汽車、電力、醫(yī)藥、軍事等行業(yè)生產(chǎn)鋰離子電池組，另外還有一些潛在應(yīng)用領(lǐng)域，包括水凈化以及氣體吸收和儲(chǔ)存。ORNL已近在項(xiàng)目招標(biāo)網(wǎng)站FedBizOpps打出宣傳語(yǔ)“專為鋰離子電池組打造的低成本碳素陽(yáng)極”，該宣傳將持續(xù)到9月15日。