Un subproducto importante en la industria de fabricación de papel es el lignosulfonato, un material de desecho de carbono sulfonado, que generalmente se quema en el sitio, liberando CO 2 a la atmósfera después de que el azufre ha sido capturado para su reutilización.
Ahora los investigadores del Instituto Politécnico Rensselaer han desarrollado un método para utilizar esta abundante y barata biomasa de papel para construir una batería recargable de litio-azufre. Dicha batería podría usarse para alimentar grandes centros de datos y proporcionar una opción de almacenamiento de energía más baratapara microrredes y la red eléctrica tradicional.
"Nuestra investigación demuestra el potencial del uso de subproductos industriales de la fábrica de papel para diseñar materiales de electrodos sostenibles y de bajo costo para baterías de litio-azufre", dijo Trevor Simmons, científico investigador de Rensselaer que desarrolló la tecnología con sus colegas en el Centro paraFuture Energy Systems CFES. Él ha patentado el proceso con el ex estudiante graduado Rahul Mukherjee.
Las baterías recargables de iones de litio son actualmente la tecnología de batería dominante. Sin embargo, en los últimos años, ha crecido mucho interés en el desarrollo de baterías de litio-azufre, que pueden tener más del doble de energía que sus contrapartes de iones de litio de la misma masa.
Una batería recargable tiene dos electrodos: un cátodo positivo y un ánodo negativo. Colocado entre los electrodos hay un electrolito líquido que sirve como medio para las reacciones químicas que producen corriente eléctrica. En una batería de litio-azufre, el cátodoestá compuesto por una matriz de azufre y carbono, y se usa un óxido de litio metálico para el ánodo.
En su forma elemental, el azufre no es conductivo, pero cuando se combina con carbono a temperaturas elevadas, se vuelve altamente conductivo, lo que permite su uso en nuevas tecnologías de batería. El desafío, sin embargo, es que el azufre puede disolverse fácilmente en el electrolito de una batería, causando que los electrodos a cada lado se deterioren después de solo unos pocos ciclos.
Los investigadores han utilizado diferentes formas de carbono, como los nanotubos y las espumas de carbono complejas, para confinar el azufre en su lugar, pero con un éxito limitado ". Nuestro método proporciona una manera simple de crear un cátodo óptimo a base de azufre a partir de una sola materia prima", Dijo Simmons.
Para desarrollar su método, los investigadores de Rensselaer se asociaron con Finch Paper en Glens Falls, que proporcionó el lignosulfonato. Este "licor marrón" una sustancia almibarada oscura se seca y luego se calienta a aproximadamente 700 grados Celsius en un horno de tubo de cuarzo.
El alto calor expulsa la mayor parte del gas de azufre pero retiene parte del azufre como polisulfuros cadenas de átomos de azufre que están incrustados profundamente dentro de una matriz de carbón activado. El proceso de calentamiento se repite hasta que queda atrapada la cantidad correcta de azufrela matriz de carbono. El material se tritura y se mezcla con un aglutinante de polímero inerte para crear un recubrimiento catódico sobre papel de aluminio.
El equipo de investigación ha creado hasta ahora un prototipo de batería de litio-azufre que es del tamaño de una batería de reloj, que puede circular unas 200 veces. El siguiente paso es ampliar el prototipo para aumentar notablemente la velocidad de descarga y el ciclo de la bateríavida.
"Al reutilizar esta biomasa, los investigadores que trabajan con CFES están haciendo una contribución significativa a la preservación ambiental mientras construyen una batería más eficiente que podría proporcionar un impulso muy necesario para la industria de almacenamiento de energía", dijo Martin Byrne, director de negocios de CFESdesarrollo.
El financiamiento inicial para la investigación provino del Instituto de Prevención de la Contaminación del Estado de Nueva York NYSP2I. El equipo de investigación luego obtuvo una subvención de Banco a Prototipo de la Autoridad de Investigación y Desarrollo de Energía del Estado de Nueva York, administrada a través de NY-BEST Batería de Nueva Yorky Tecnología de almacenamiento de energía, para desarrollar más completamente la tecnología.
La investigación de la batería de litio-azufre de Simmons y sus colegas, que podría contribuir significativamente a la industria del almacenamiento de energía, es un ejemplo de la visión de The New Polytechnic, un paradigma emergente para la enseñanza, el aprendizaje y la investigación en Rensselaer, elLa base de esto es el reconocimiento de que los desafíos y oportunidades globales son tan grandes que ni siquiera la persona más talentosa que trabaja sola puede abordarlos adecuadamente. El Nuevo Politécnico es transformador en el impacto global de la investigación, en su pedagogía innovadora y en las vidas deestudiantes en Rensselaer.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Politécnico Rensselaer . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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