Bolsas de papel y cajas de cartón viejas podrían encontrar una nueva vida en litio seguro pero potente

Investigadores de la Universidad Tecnológica de Nanyang han ideado una forma de convertir el papel usado en un material para usar en baterías de iones de litio de alta capacidad para teléfonos inteligentes y vehículos eléctricos, un uso ideal y ecológico, dicen, para envases de un solo uso. como bolsas de papel y cajas de cartón.

"El papel se usa en muchas facetas de nuestra vida diaria, desde envoltura de regalos y manualidades, hasta una gran variedad de usos industriales, como empaques pesados, envolturas protectoras y relleno de vacíos en la construcción", dice el líder del proyecto, Lai. Changquan, profesor asistente en la escuela de ingeniería mecánica y aeroespacial de la NTU. "Sin embargo, poco se hace para gestionarlo cuando se desecha, además de la incineración, que genera altos niveles de emisiones de carbono debido a su composición. Nuestro método para darle al papel kraft otra oportunidad de vida, canalizándolo hacia la creciente necesidad de dispositivos como como vehículos eléctricos y teléfonos inteligentes, no solo ayudaría a reducir las emisiones de carbono, sino que también aliviaría la dependencia de la minería y los métodos industriales pesados".

El trabajo del equipo contempla láminas delgadas de papel kraft cortadas con láser y reensambladas mediante laminación de láminas en entramados de diferentes formas, antes de exponer el papel a un ambiente libre de oxígeno a alta temperatura para pirolizarlo sin quemar el material. El resultado es lo que el equipo llama espumas de carbono arquitectónicas derivadas del papel (PDACF), que tienen una "combinación sin precedentes de resistencia y absorción de energía", incluida una resistencia a la compresión similar a la de los aerogeles de grafeno, pero con un estrés varios órdenes de magnitud superior.

Sin embargo, lo que más interesa es el uso del material como ánodo en las baterías de iones de litio, que demuestra una seguridad mejorada y una alta capacidad de energía, lo que podría convertirlos en un material clave para las fuentes de energía de teléfonos inteligentes, computadoras portátiles y vehículos eléctricos de próxima generación. "Nuestros ánodos mostraron una combinación de fortalezas, como durabilidad, absorción de impactos [y] conductividad eléctrica, que no se encuentran en los materiales actuales", afirma el coautor Lim Guo Yao. "Estas propiedades estructurales y funcionales demuestran que nuestros ánodos a base de papel kraft son una alternativa sostenible y escalable a los materiales de carbono actuales, y encontrarían valor económico en aplicaciones multifuncionales exigentes de alta gama, como el campo naciente de las baterías estructurales".

"Nuestro método convierte un material común y omnipresente, el papel, en otro que es extremadamente duradero y tiene una gran demanda", agrega Lai. "Esperamos que nuestros ánodos satisfagan la creciente necesidad mundial de un material sostenible y más ecológico para las baterías, cuya fabricación y manejo inadecuado de desechos han demostrado tener un impacto negativo en nuestro medio ambiente".

El trabajo del equipo ha sido publicado bajo términos de acceso abierto en la revista Additive Manufacturing.