技术将塑料废瓶转化为锂离子电池聚合物

一个由A * STAR科学家组成的团队成功地将废弃的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)塑料升级为聚合物电解质，这是更安全的锂离子电池(LiB)的关键组件。这项研究是第一份已知的使用PET塑料升级回收的聚合物组装的工作锂离子电池的报告，这些聚合物用于制造塑料瓶。

该研究于2022年<>月发表在《材料化学杂志A》上。

塑料垃圾是当今世界日益严重的问题，随着对塑料需求的不断增长，塑料垃圾将越来越大。460年，全球生产了2019.9亿吨塑料，但只有<>%被回收利用，其余的要么被焚烧，要么被丢弃在垃圾填埋场和环境。

塑料废物通常通过机械和化学工艺回收，这有其缺点。对于机械回收，最终只能使用一小部分回收PET，因为由于聚合物链断裂，它们的物理性能随着每一轮回收而降低。化学回收涉及高能耗，需要纯化的单体，并且与使用原始聚合物相比可能更昂贵。

“废塑料升级再造是一种新策略，旨在为这些无处不在但通常被丢弃的材料赋予新的生命，将它们转化为用于新应用的增值新产品。PET塑料由于其完善的现有废物收集基础设施和相对简单的废物流，为升级再造提供了巨大的潜力，“A * STAR材料研究与工程研究所(IMRE)聚合物复合材料部门副主任Derrick Fam博士说，他与IMRE软材料部门副主任Jason Lim博士一起领导了这项研究。

“由于电气化程度的提高，对锂离子电池可持续采购材料的需求增加。然而，迄今为止，从未实现使用废PET塑料作为聚合物电解质的资源。这是我们首次尝试为该应用升级回收废PET塑料，“Lim博士说。

释放宠物的潜力：利用现有物业

在不同类型的塑料中，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)是当今生产最丰富的塑料之一，31年达到2019万吨。

PET塑料具有适合升级回收为聚合物电解质(PE)的现有特性。它们由刚性对苯二甲酸酯组分组成，有助于其优异的机械性能，并可用于增强PE的机械坚固性，从而促进器件集成和制造。

此外，它们具有易断裂的化学键，使这些聚合物可以轻松地重新用于新的化学构件。然后，这些聚合物可以重组成新的聚合物，用于新的应用。

从瓶子到电池：彻底改变电池设计

该团队使用废PET瓶设计聚氨酯基PE。与目前用于LiB的传统液体电解质相比，PE是电池中很有前途的替代组件，有可能消除安全隐患，例如电解液泄漏，不受控制的加热，体积膨胀，枝晶生长和火灾危险。

在评估了PET衍生聚合物作为固体聚合物电解质的可行性后，该团队进一步评估了它们用作LiB的凝胶聚合物电解质时的离子电导率和循环性能。

研究结果显示，从废PET中提取的聚氨酯具有作为LiB聚合物电解质的潜力。它们实现了10-4S/cm作为凝胶聚合物电解质(GPE)，可与含有液体电解质的现有商业系统相媲美。该团队还使用这些聚合物成功组装了一个工作LiB，并表明电池可以重复充电和放电长达150次循环。

它们有前途的性能为未来铺平了道路，由更可持续的能源提供动力，PET塑料废物可以转化为电池的PE材料，在解决日益严重的塑料废物问题的同时创造循环经济。该团队还将寻求更大规模地推进废塑料升级回收技术，以制造环保电池组件。这一举措符合A*STAR为能源效率和废物管理开发可持续解决方案的努力。