Descubrimiento de la industria: la biomasa de papel construye baterías de litio y azufre

Los investigadores del Instituto de tecnología rensler han desarrollado un método patentado para fabricar baterías de litio-azufre utilizando biomasa de papel barata y abundante.

Un subproducto importante en la industria del papel son los sulfonatos de lignina, desechos de carbono sulfonado, que generalmente se queman en el sitio, y la atmósfera después de la liberación de CO2 en azufre ha sido capturada para su reutilización.

Ahora, los investigadores del Instituto de tecnología rensler han desarrollado una forma de construir baterías recargables de litio y azufre utilizando esta biomasa de papel barata y abundante. Estas baterías se pueden utilizar para alimentar grandes centros de datos y proporcionar opciones de almacenamiento de energía más baratas para microrredes y redes convencionales.

"Nuestra investigación ha demostrado el potencial del uso de subproductos de las fábricas de papel industrial para diseñar materiales de electrodos sostenibles de bajo costo para baterías de litio-azufre", dijo Lunsile, científico investigador del Future Energy Center System (CFES). Ha obtenido una patente con el ex estudiante de posgrado Lahuermukeji.

Actualmente, las baterías de iones de litio recargables son la principal tecnología de baterías. Sin embargo, en los últimos años ha habido un gran interés en el desarrollo de baterías de litio y azufre. Las baterías de iones de litio de las baterías de litio pueden tener más del doble de energía que las baterías de iones de litio de la misma calidad.

La batería recargable tiene dos electrodos: positivo y negativo. Entre los electrodos se encuentra el electrolito líquido, que se utiliza como medio para la reacción química que produce la corriente. En las celdas de azufre de litio, el cátodo consiste en una matriz de tiocarbono y se utilizan óxidos de metal de litio para el ánodo.

En su forma elemental, el azufre no es conductor, pero cuando se combina con carbono a altas temperaturas, se vuelve altamente conductor y permite su uso en nuevas tecnologías de baterías. Sin embargo, el desafío es que el azufre se disuelve fácilmente en el electrolito de la batería, lo que hace que los electrodos de ambos lados se deterioren después de solo unos pocos ciclos.

Los investigadores han utilizado diferentes formas de carbono, como nanotubos y espumas de carbono complejas, para limitar el azufre a las ubicaciones adecuadas, pero con un éxito limitado. "Nuestro enfoque proporciona una forma sencilla de crear el mejor cátodo de sulfurilo a partir de una sola materia prima", dijo Simmons.

Para desarrollar sus métodos, los investigadores de Rensselaer colaboraron con Finch Paper de GlenFalls para proporcionar sulfonatos de lignina. El "líquido marrón" (jarabe negro) se seca y luego se calienta a aproximadamente 700 grados Celsius en un horno de tubo de cuarzo.

El calor alto elimina la mayor parte del gas de azufre, pero retiene algo de azufre como un polisulfuro (cadena atómica de azufre) profundamente incrustado en la matriz de carbón activado. El proceso de calentamiento se repite hasta que se captura la cantidad apropiada de azufre en la matriz de carbono. A continuación, el material se muele y se mezcla con un adhesivo de polímero inerte para formar un revestimiento de cátodo sobre la hoja de aluminio.

Hasta ahora, el equipo ha creado un prototipo de batería de litio y azufre del tamaño de una batería de reloj que se puede reciclar unas 200 veces. El siguiente paso es expandir el prototipo para aumentar significativamente la tasa de descarga y la vida útil de la batería.

Martin Byrne, director de desarrollo comercial de CFES, dijo: "Al reorientar la energía de biomasa, los investigadores que trabajan con CFES están haciendo una contribución significativa a la protección ambiental mientras construyen baterías más eficientes que brindan un impulso muy necesario a la industria del almacenamiento de energía.

La financiación inicial del estudio provino del Instituto para la Prevención de la Contaminación del Estado de Nueva York (NYSP2I). El equipo de investigación luego administró la subvención Benchto Prototype de la Agencia de Investigación y Desarrollo de Energía del Estado de Nueva York a través de NY-BEST (Tecnología de Almacenamiento de Energía y Batería de Nueva York) para desarrollar la tecnología de manera más integral.

La nueva investigación de Simmons y sus colegas sobre baterías de iones de litio podría hacer una contribución significativa a la industria del almacenamiento de energía. Este es un ejemplo del nuevo Instituto Politécnico. Este es un paradigma emergente de enseñanza, aprendizaje e investigación de Lunsile. Es un reconocimiento de que los desafíos y oportunidades globales son tan grandes que incluso el talento más singular no puede abordarse adecuadamente. El nuevo Instituto de Tecnología ha jugado un papel trascendental en la influencia global de la investigación, los métodos de enseñanza innovadores y la vida de los estudiantes de Lunsile.

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