從舊輪胎提取出鋰電池陽極材料

來自美國橡樹嶺國家實(shí)驗室(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極在經(jīng)歷過100次充放電循環(huán)后，依然擁有接近390毫安時/克的可逆電容量，該數(shù)據(jù)要優(yōu)于目前市場上銷售的最優(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)一無二的微觀結(jié)構(gòu);陽極材料來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，開發(fā)出在能量儲存方面的潛在利用價值，對輪胎橡膠的循環(huán)使用增加了一條新道路。

ORNL研究團(tuán)隊通過一項享有專利認(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;碳化過程中對材料進(jìn)行適當(dāng)?shù)墓に囂幚?，就可以收獲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)也幾乎沒有，減少了相對表面積，像是對石墨材料進(jìn)行簡單的有序排列。而利用舊輪胎加工碳素陽極的技術(shù)旨在，開發(fā)低成本、環(huán)境友好型的碳素復(fù)合陽極材料，并且保證更大的表面面積、更好的性能表現(xiàn)以及長時間的穩(wěn)定可靠性。

研究人員正全力測試一套生產(chǎn)工藝，目的在于回收更大比例的碳素材料，并驗證該炭黑材料作為軟包裝鋰離子電池組陽極的可行性。研究人員還預(yù)期這種新型炭黑陽極材料的鋰電池，在價格方面比市面常見的石墨陽極電池要低一些。ORNL計劃與美國企業(yè)合作，以取得這項創(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存。ORNL已近在項目招標(biāo)網(wǎng)站FedBizOpps打出宣傳語“專為鋰離子電池組打造的低成本碳素陽極”，該宣傳將持續(xù)到9月15日。