﻿폐지를 스마트폰과 전기 자동차의 배터리 부품으로 변환합니다.

폐지를 스마트폰과 전기 자동차의 배터리 부품으로 변환합니다. 날짜: 2022년 11월 23일 원천: 난양 기술 대학교 요약: 과학자들은 폐지를 일회용 포장 및 봉투, 골판지 상자에서 리튬 이온 배터리의 중요한 구성 요소로 변환하는 기술을 개발했습니다. 종이를 순수한 탄소로 전환시키는 탄화(carbonisation)라고 불리는 과정을 통해 연구원들은 종이의 섬유를 전극으로 바꾸어 휴대폰, 의료 장비 및 전기 자동차에 전원을 공급하는 충전식 배터리로 만들 수 있습니다. 싱가포르 난양 기술 대학교(NTU Singapore)의 과학자들은 일회용 포장 및 봉투, 골판지 상자에서 폐지를 리튬 이온 배터리의 중요한 구성 요소로 변환하는 기술을 개발했습니다. 종이를 순수한 탄소로 전환시키는 탄화(carbonisation)라는 과정을 통해 NTU 연구원들은 종이의 섬유를 전극으로 바꾸어 휴대 전화, 의료 장비 및 전기 자동차에 전원을 공급하는 충전식 배터리로 만들 수 있습니다. 종이를 탄화하기 위해 연구팀은 종이를 고온에 노출시켰고, 이는 종이를 바이오연료로 사용할 수 있는 순수한 탄소, 수증기 및 오일로 환원시켰다. 산소가 없는 상태에서 탄화가 일어나기 때문에 미미한 양의 이산화탄소를 배출하며, 이 공정은 소각을 통해 크라프트지를 폐기하여 많은 양의 온실 가스를 생성하는 것보다 더 친환경적인 대안입니다. 연구팀이 생산한 탄소 양극은 내구성과 유연성, 전기화학적 특성도 우수했다. 실험실 테스트에 따르면 양극은 최대 1,200회까지 충전 및 방전될 수 있으며, 이는 현재 휴대폰 배터리의 양극보다 최소 2배 이상 내구성이 있습니다. NTU에서 만든 양극을 사용하는 배터리는 상대 제품보다 더 많은 물리적 스트레스를 견딜 수 있어 파쇄 에너지를 최대 5배 더 잘 흡수합니다. NTU가 개발한 방법은 또한 배터리 양극을 제조하는 현재의 산업적 방법에 비해 에너지 집약적인 공정과 중금속을 덜 사용합니다. 양극은 리튬 이온 배터리 총 비용의 10~15%에 해당하므로[1] 저비용 폐기물을 사용하는 이 최신 방법은 제조 비용도 낮출 것으로 예상됩니다. . 이 연구 결과는 10월 과학 동료 검토 저널인 Additive Manufacturing 에 발표되었습니다. 폐지를 원료로 사용하여 배터리 양극을 생산하면 탄소질 필러 및 탄소 생성 결합제와 같은 기존의 탄소원에 대한 의존도 완화될 수 있습니다. 폐기된 종이 봉투 골판지, 신문지 및 기타 종이 포장으로 구성된 종이 폐기물은 2020년 싱가포르에서 발생한 폐기물의 거의 5분의 1을 차지했습니다[2]. 싱가포르 종이 쓰레기의 대부분을 차지하는 크래프트 종이 봉투는 소각 시 지구 온난화에 더 큰 기여를 하고 생산 과정에서 환경 독성 가능성이 있기 때문에 면이나 플라스틱으로 만든 종이 봉투에 비해 환경에 미치는 영향이 더 큰 것으로 나타났습니다. 별도의 2020 NTU 연구[3]에서 발견되었습니다. 폐기물을 업사이클링하고 화석 연료에 대한 의존도를 줄여 순환 경제, 녹색 재료 및 청정 에너지로의 전환을 가속화할 수 있는 기회를 제공하는 현재의 혁신은 환경에 대한 우리의 영향을 완화하려는 NTU의 약속을 반영합니다. 대학이 NTU 2025 전략 계획을 통해 해결하고자 하는 인류의 거대한 도전. 이 프로젝트를 이끈 NTU 기계 및 항공 우주 공학부 Lai Changquan 조교수는 "종이는 선물 포장, 예술 및 공예에서 다음과 같은 무수한 산업 용도에 이르기까지 일상 생활의 여러 측면에서 사용됩니다. 고강도 포장, 보호 포장, 건설 공극 메우기 등의 용도로 사용되나 소각 처리 외에는 폐기 시 관리가 거의 이루어지지 않아 탄소배출량이 높습니다. 전기 자동차 및 스마트폰과 같은 장치에 대한 수요가 증가함에 따라 삶의 또 다른 임대를 제공하면 탄소 배출량을 줄이는 데 도움이 될 뿐만 아니라 광업 및 중공업 방식에 대한 의존도도 완화될 것입니다." 연구팀은 NTU의 혁신 및 엔터프라이즈 회사인 NTUitive에 특허를 신청했습니다. 그들은 또한 그들의 발명품을 상업화하기 위해 노력하고 있습니다. 친환경 배터리 부품 제조법 탄소 양극을 생산하기 위해 NTU 연구원들은 서로 다른 격자 형상을 형성하기 위해 여러 개의 얇은 크래프트 종이를 결합하고 레이저 절단했으며 일부는 뾰족한 피냐타와 비슷했습니다. 그런 다음 종이를 산소가 없는 용광로에서 1200°C로 가열하여 탄소로 변환하여 양극을 형성했습니다. NTU 팀은 양극의 우수한 내구성, 유연성 및 전기화학적 특성이 종이 섬유의 배열 덕분이라고 생각합니다. 그들은 NTU가 만든 양극이 보여주는 강도와 기계적 견고성의 조합으로 전화, 노트북 및 자동차의 배터리가 낙하 및 충돌로 인한 충격을 더 잘 견딜 수 있다고 말했습니다. 현재 리튬 배터리 기술은 떨어뜨려 물리적인 충격을 가한 후 점차적으로 금이 가고 부서지는 내부 탄소 전극에 의존하는데, 이는 배터리 수명이 시간이 지남에 따라 짧아지는 주된 이유 중 하나입니다. 연구원들은 배터리에 사용되는 현재 전극보다 더 단단한 양극이 이 문제를 해결하고 전자 제품에서 전기 자동차에 이르기까지 다양한 용도로 배터리 수명을 연장하는 데 도움이 될 것이라고 말합니다. 이번 연구의 공동 저자인 NTU 기계 및 항공 우주 공학부 연구 엔지니어인 Mr Lim Guo Yao는 "우리의 양극은 내구성, 충격 흡수, 전기 전도성과 같은 강점의 조합을 보여 주었는데, 이는 현재에서 볼 수 없는 것입니다. 이러한 구조적 및 기능적 특성은 당사의 크래프트 페이퍼 기반 양극이 현재 탄소 재료에 대한 지속 가능하고 확장 가능한 대안이며 구조용 배터리의 초기 분야와 같은 까다로운 고급 다기능 응용 분야에서 경제적 가치를 찾을 수 있음을 보여줍니다. " Lai 부교수는 "우리의 방법은 일반적이고 유비쿼터스한 재료인 종이를 내구성이 매우 뛰어나고 수요가 많은 또 다른 재료로 변환합니다. 우리는 우리의 양극이 배터리를 위한 지속 가능하고 친환경적인 재료에 대한 세계의 빠르게 증가하는 요구에 부응할 수 있기를 바랍니다. , 제조 및 부적절한 폐기물 관리가 우리 환경에 부정적인 영향을 미치는 것으로 나타났습니다." 이번 연구에 참여하지 않은 미국 코넬대 인간중심디자인학과 후안 히네스트로자(Juan Hinestroza) 교수는 NTU 연구팀이 수행한 작업의 의의를 강조하며 "크라프트지는 대량으로 생산되고 마찬가지로 전 세계적으로 폐기되기 때문에 저는 NTU Singapore의 연구원들이 개척한 창의적인 접근 방식이 전 세계적으로 영향을 미칠 수 있는 큰 잠재력을 가지고 있다고 믿습니다. 전극과 발포체는 실로 큰 기여를 하고 있습니다. 제 생각에는 이 연구가 새로운 길을 열고 다른 연구자들이 대량으로 폐기되고 있는 섬유 및 포장재와 같은 다른 셀룰로오스 기반 기질의 변형을 위한 경로를 찾는 동기를 부여할 수 있다고 생각합니다. 출처 : <a href="https://www.sciencedaily.com/" target="_blank" class="ke-link">https://www.sciencedaily.com/</a>