Les vieux sacs en papier et les boîtes en carton pourraient trouver une nouvelle vie dans le lithium sûr mais puissant

Des chercheurs de l'Université technologique de Nanyang ont trouvé un moyen de transformer les vieux papiers en un matériau à utiliser dans les batteries lithium-ion haute capacité pour smartphones et véhicules électriques - une utilisation idéale et écologique, disent-ils, pour les emballages à usage unique comme les sacs en papier et les boîtes en carton.

« Le papier est utilisé dans de nombreuses facettes de notre vie quotidienne, de l'emballage de cadeaux et de l'artisanat à une myriade d'utilisations industrielles, telles que les emballages lourds, les emballages de protection et le remplissage des vides dans la construction », explique le chef de projet Lai Changquan, professeur adjoint à l'école de génie mécanique et aérospatial de NTU. "Cependant, peu est fait pour le gérer lorsqu'il est éliminé, à part l'incinération, qui génère des niveaux élevés d'émissions de carbone en raison de sa composition. Notre méthode pour donner une autre vie au papier kraft, en l'orientant vers le besoin croissant d'appareils tels comme les véhicules électriques et les smartphones, aiderait non seulement à réduire les émissions de carbone, mais réduirait également la dépendance à l'égard de l'exploitation minière et des méthodes de l'industrie lourde."

Le travail de l'équipe voit de fines feuilles de papier kraft découpées au laser et réassemblées par laminage de feuilles en treillis de formes variées, avant d'exposer le papier à un environnement sans oxygène à haute température pour le pyroliser sans brûler le matériau. Le résultat est ce que l'équipe appelle les mousses de carbone architecturées dérivées du papier (PDACF), qui ont une "combinaison sans précédent de résistance et d'absorption d'énergie" - y compris une résilience à la compression similaire aux aérogels de graphène mais à des contraintes de plusieurs ordres de grandeur plus élevées.

Cependant, c'est l'utilisation du matériau comme anode dans les batteries lithium-ion qui présente le plus d'intérêt, démontrant une sécurité améliorée et une capacité énergétique élevée, ce qui pourrait en faire un matériau clé pour les sources d'alimentation des smartphones, ordinateurs portables et véhicules électriques de nouvelle génération. "Nos anodes ont affiché une combinaison de forces, telles que la durabilité, l'absorption des chocs, [et] la conductivité électrique, qui ne se trouvent pas dans les matériaux actuels", affirme le co-auteur Lim Guo Yao. « Ces propriétés structurelles et fonctionnelles démontrent que nos anodes à base de papier kraft sont une alternative durable et évolutive aux matériaux carbonés actuels, et trouveraient une valeur économique dans des applications exigeantes, haut de gamme et multifonctionnelles, telles que le domaine naissant des batteries structurelles.

"Notre méthode convertit un matériau commun et omniprésent - le papier - en un autre extrêmement durable et très demandé", ajoute Lai. "Nous espérons que nos anodes répondront au besoin mondial en croissance rapide d'un matériau durable et plus écologique pour les batteries, dont la fabrication et la gestion inappropriée des déchets ont montré qu'elles avaient un impact négatif sur notre environnement."

Les travaux de l'équipe ont été publiés en libre accès dans la revue Additive Manufacturing.