美国实验室从废弃汽车轮胎获取炭黑

来自美国橡树岭国家实验室（ORNL）的科研人员，从废弃汽车轮胎获取炭黑，并适当调节其微观结构特征，加工出应用在锂离子电池组上的高性能、低成本碳素阳极材料。

这篇有关电化学的专业论文发表在RSCAdvances期刊上，研究显示，从废旧轮胎收集原材料制造的碳素阳极在经历过100次充放电循环后，依然拥有接近390毫安时/克的可逆电容量，该数据要优于目前市场上销售的最优质石墨材料。

研究人员认为如此出众的性能表现，得益于轮胎中碳元素独一无二的微观结构；阳极材料来源于硫化轮胎橡胶和标准轮胎橡胶中的碳物质，二者最初的库伦效率值分别达到71%和45%。从废旧汽车轮胎橡胶中提取高性能碳材料，开发出在能量储存方面的潜在利用价值，对轮胎橡胶的循环使用增加了一条新道路。

ORNL研究团队通过一项享有专利认证的预处理技术，获得热解炭黑材料，特性与石墨相似，区别在于前者是人工制造的。微粒化的轮胎橡胶首先要在高温发烟硫酸池中被溶化，得到硫化橡胶悬浮液，然后进行过滤、清洗操作，再压缩成固体实心块。

在氮气环境下高温分解固体块，得到硫化橡胶粉末；碳化过程中对材料进行适当的工艺处理，就可以收获拥有较高表面面积的热解炭黑复合材料。为了防止金属粒子等潜在杂质混入炭黑粉末中，生产的橡胶粉末在加工流程中需要用酸性溶液进行清洗。

采用化学预处理的手段，由橡胶加工出的碳晶体产量会更大。但是这种碳精材料直径3到5纳米的孔隙极少，非常重要的纳米孔隙（直径小于2纳米）也几乎没有，减少了相对表面积，像是对石墨材料进行简单的有序排列。

而利用旧轮胎加工碳素阳极的技术旨在，开发低成本、环境友好型的碳素复合阳极材料，并且保证更大的表面面积、更好的性能表现以及长时间的稳定可靠性。

研究人员正全力测试一套生产工艺，目的在于回收更大比例的碳素材料，并验证该炭黑材料作为软包装锂离子电池组阳极的可行性。研究人员还预期这种新型炭黑阳极材料的锂电池，在价格方面比市面常见的石墨阳极电池要低一些。

ORNL计划与美国企业合作，以取得这项创新技术的授权，然后为汽车、电力、医药、军事等行业生产锂离子电池组，另外还有一些潜在应用领域，包括水净化以及气体吸收和储存。ORNL已近在项目招标网站FedBizOpps打出宣传语“专为锂离子电池组打造的低成本碳素阳极”。