Открытие в отрасли: из бумажной биомассы используются литиево-серные батареи

Исследователи из технологического института Ренслера разработали запатентованный метод изготовления литий-серных батарей с использованием дешевой и обильной бумажной биомассы.

Основным побочным продуктом в бумажной промышленности являются сульфонаты лигнина, отходы сульфированного углерода, которые обычно сжигаются на месте, а атмосфера после выделения CO2 в серу улавливается для повторного использования.

Теперь исследователи из технологического института Ренслера разработали способ создания перезаряжаемых литий-серных батарей с использованием этой дешевой и распространенной бумажной биомассы. Такие батареи могут использоваться для питания крупных центров обработки данных и обеспечивать более дешевые варианты хранения энергии для микросетей и обычных сетей.

«Наше исследование продемонстрировало потенциал использования побочных продуктов промышленных бумажных фабрик для разработки экологически безопасных недорогих электродных материалов для литий-серных батарей», - сказал Лансайл, научный сотрудник Future Energy Center System (CFES). Он получил патент у бывшего аспиранта Лахуэрмукедзи.

В настоящее время перезаряжаемые литий-ионные батареи являются основной аккумуляторной технологией. Однако в последние годы наблюдается большой интерес к разработке литий-серных батарей. Литий-ионные батареи литиевых батарей могут иметь более чем в два раза больше энергии, чем литий-ионные батареи того же качества.

Аккумуляторная батарея имеет два электрода - положительный и отрицательный. Между электродами находится жидкий электролит, который используется в качестве среды для химической реакции, производящей ток. В литиево-серных элементах катод состоит из тиоуглеродной матрицы, а в качестве анода используются оксиды металлического лития.

В своей элементарной форме сера не является проводящей, но в сочетании с углеродом при высоких температурах она становится очень проводящей и позволяет использовать ее в новых технологиях аккумуляторных батарей. Однако проблема заключается в том, что сера легко растворяется в электролите батареи, вызывая износ электродов с обеих сторон всего за несколько циклов.

Исследователи использовали различные формы углерода, такие как нанотрубки и сложные углеродные пены, чтобы ограничить содержание серы в соответствующих местах, но с ограниченным успехом. «Наш подход обеспечивает простой способ создать лучший сульфурил-катод из единственного сырья», - сказал Симмонс.

Чтобы разработать свои методы, исследователи Rensselaer сотрудничали с Finch Paper of GlenFalls, чтобы получить сульфонаты лигнина. «Коричневая жидкость» (черный сироп) сушится и затем нагревается примерно до 700 градусов Цельсия в кварцевой трубчатой печи.

Высокая температура удаляет большую часть серного газа, но сохраняет некоторое количество серы в виде полисульфида (атомной цепи серы), глубоко внедренного в матрицу активированного угля. Процесс нагрева повторяется до тех пор, пока соответствующее количество серы не улавливается углеродной матрицей. Затем материал измельчают и смешивают с инертным полимерным клеем для образования катодного покрытия на алюминиевой фольге.

На данный момент команда создала прототип литий-серной батареи размером с батарею для часов, которую можно перерабатывать около 200 раз. Следующим шагом является расширение прототипа для значительного увеличения скорости разряда и срока службы батареи.

Мартин Бирн, директор по развитию бизнеса CFES, сказал: «Переориентируя энергию биомассы, исследователи, работающие с CFES, вносят значительный вклад в защиту окружающей среды, создавая более эффективные батареи, которые обеспечивают столь необходимый импульс развитию отрасли хранения энергии.

Первоначальное финансирование исследования поступило от Института предотвращения загрязнения штата Нью-Йорк (NYSP2I). Затем исследовательская группа управляла грантом Benchto Prototype от Агентства энергетических исследований и разработок штата Нью-Йорк через NY-BEST (New York Battery and Energy Storage Technology) для более комплексной разработки технологии.

Новые исследования литий-ионных батарей Симмонса и его коллег могут внести значительный вклад в отрасль аккумулирования энергии. Это пример нового Политехнического института. Это зарождающаяся парадигма преподавания, обучения и исследования Lunsile. Это признание того, что глобальные проблемы и возможности настолько велики, что даже самые уникальные таланты не могут быть адекватно рассмотрены. Новый технологический институт сыграл потрясающую роль в глобальном влиянии исследований, инновационных методов обучения и жизни студентов Lunsile.

Страница содержит содержимое машинного перевода.