用废包装材料制造锂电池电极

　　来自普渡大学的科学家们用聚苯乙烯和淀粉基“花生式”包装材料制造具有碳纳米结构和微层结构的锂离子电池阳极。

　　科学家们已经找到将废弃的“花生式”包装材料转化为高性能锂电池碳电极的方法，这是一种能够实现废物利用的环保新方法，而这种碳电极的性能甚至优于传统的石墨电极。

　　电池有阳极和阴极两极，锂离子电池阳极大多由石墨构成。锂离子存在于电解液中，在充电时向阳极转移并储存在阳极上。最近，来自普渡大学的科学家们分别向我们展示了如何用聚苯乙烯和淀粉基“花生式”包装材料制造具有碳纳米结构和微层结构的锂离子电池阳极。目前该项成果已经在第249届美国化学学会全国会议展出。

　　博士后研究助理Vinodkumar Etacheri回忆说：“在我们的实验室里有很多花生式包装材料，Vilas Pol教授提议我们可以找到一条途径将这些材料进行废物利用。”正是这个简单的提议，促成了这项对包装材料进行再利用的环境友好型新技术的诞生。研究指出：相比于市售的石墨电极，这种新型正极材料充电更快，并且具有更高的比容量。

　　Pol说道：“尽管花生式包装材料在航运上有很好的应用，但它是出了名的难分解，只有10%的包装材料能够实现再利用。对于回收者来说，由于它的密很低度，需要很大的空间进行装备和运输，花费十分昂贵，不会有太大的利润。”因此，花生式包装材料最终往往在垃圾场进行填埋，且数十年不会分解。尽管淀粉基包装材料比聚苯乙烯包装材料更为环保，但它含有的化学物质和清洁剂也会污染土壤和水，给海洋生物带来很大的危害。

　　Pol说道：“这是一种非常简单直接的新方法，无需过渡金属盐催化剂，直接将花生式包装材料在惰性气体氛围中进行加热，且将温度控制在在500—900摄氏度范围内。所得材料再加工即可制成阳极。”

　　Etacheri说道：“这是一种便宜、环境友好并具有大规模生产潜能的新技术。微观和光谱分析证明在经过多次充放电循环之后，由于其微观结构和形态的影响，电极仍具有优越的电化学性能。”

　　市场上阳极粒子要比这种新型阳极粒子厚10倍，且电阻更高，而这也增加了充电时间。Pol说道：“在我们的实验中，如果在充电过程中对材料进行锂化，它只需移动1微米的距离，这也是我们的材料比商用材料充放电更快速的原因。”

　　由于（电极）片层薄且多孔，因此在电池中它们与液态电解液有更好的接触。

　　他说：“相较于商用石墨电极，这种电极展现出了更为优异的锂离子存储能力。”这种用花生式包装材料制造的碳阳极最大比容量为420 mAh/g，要高于石墨电极理论容量372 mAh/g。

　　他说：“这些碳电极的长期电化学性能非常稳定，可以循环充放电300次而没有明显的容量损失。同时，这种碳电极也有望用在可充电钠离子电池中。未来的工作包括：通过进一步活化改善其性能；增加表面积和孔的尺寸；改进电化学性能。”