Forskare vid Rensselaer Polytechnic Institute har utvecklat en patenterad metod för användning av pappersrelaterad biomassa för tillverkning av billiga och effektiva litium-svavelbatterier.
En viktig biprodukt inom pappersindustrin är lignosulfonat, ett sulfonerat kolavfall, som vanligtvis förbränns på plats, vilket frigör koldioxid i atmosfären efter att svavlet har tagits till vara för återanvändning.
Forskarna anser sig har utvecklat en prisvärd metod när det gäller att tillverka ett laddningsbart litium-svavelbatteri. Ett sådant batteri kan, enligt teamet, användas för att driva stora datacentraler samt tillhandahålla ett billigare energilagringsalternativ för mikroelnät och även för det traditionella elnätet.
- Vår forskning visar att biprodukter från industriella pappersfabriker kan användas för industriell montering av hållbara litium-svavelbatterier till låga produktionskostnader, betonade Trevor Simmons, en av forskarna som utvecklade tekniken med sina kollegor vid Center for Future Energy System (CFES).
Han har patenterat processen med en tidigare medarbetare och doktorand, Rahul Mukherjee.
Laddningsbara litiumjonbatterier är för närvarande den dominerande batteritekniken. Under de senaste åren har dock mycket intresse riktats på att utveckla litium-svavelbatterier, som kan ha mer än dubbelt så hög prestanda som litiumjon-batterier, som ändå består av samma mängd massa.
Ett uppladdningsbart batteri har två elektroder - en positiv katod och en negativ anod. Mellan elektroderna har det placerats en flytande elektrolyt som tjänar som ett medium för de kemiska reaktioner som producerar elektrisk ström.
I ett litium-svavelbatteri består katoden av en svavel-kolmatris, och en litiummetalloxid används för anoden.
I sin elementära form är svavel icke-ledande, men när det kombineras med kol vid förhöjda temperaturer blir svavlet ytterst ledande, så att den kan användas i ny batteriteknik.
Utmaningen är emellertid att svavel lätt kan lösas upp i ett batteriets elektrolyt, vilket leder till att elektroderna på båda sidor försämras efter bara några enstaka cykler.
Forskare har använt olika former av kol, såsom nanorör och kolskum, för att hålla svavlet på plats, men med begränsad framgång.
- Vår metod ger ett enkelt sätt att skapa en optimal svavelbaserad katod från ett enda råmaterial, förklarade Simmons.
För att utveckla metoden ytterligare samarbetade Rensselaer-forskarna med Finch Paper i Glens Falls, som levererade lignosulfonatet. Denna "bruna vätska" (en mörk sirapaktig substans) torkades och upphettades därefter till ca 700 grader Celsius i en kvartsrörugn.
Den höga värmen drev bort det mesta av svaveldasen, men kvarhöll lite av svavlet som polysulfider (kedjor av svavelatomer) som är inbäddade djupt i en aktiverad kolmatris.
Värmeprocessen upprepades tills den rätta mängden svavel hade fångats i kolmatrisen. Materialet maldes sedan och blandades med polymerbindemedel för att kunna skapa en katodbeläggning på aluminiumfolie.
Forskargruppen har hittills producerat en prototyp av ett litium-svavelbatteri, som har storleken av ett normalt klockbatteri, och som kan laddas om runt 200 gånger. Forskarteamets nästa steg blir förhöjning av prototypens skala för att de därigenom ska kunna öka utmatningsgraden och batteriets livslängd avsevärt.
Källa: Science Daily,
