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Desarrollan baterías recargables con biomasa de papel

Los investigadores del Instituto Politécnico Rensselaer han desarrollado un método patentado para utilizar la biomasa de papel barata y abundante para hacer baterías de litio-azufre.
Crédito: Instituto Politécnico Rensselaer

Los científicos han desarrollado un método patentado para utilizar biomasa de papel barata y abundante para hacer baterías de litio-azufre.

Un subproducto importante en la industria papelera es el lignosulfonato, un material de desecho de carbono sulfonado, que normalmente se quema en el sitio, liberando CO 2 a la atmósfera después de que se ha capturado el azufre para su reutilización.

Ahora, los investigadores del Instituto Politécnico Rensselaer han desarrollado un método para utilizar esta biomasa de papel barata y abundante para construir una batería recargable de litio-azufre. Una batería de este tipo podría usarse para alimentar grandes centros de datos y ofrecer una opción de almacenamiento de energía más económica para las microrredes y la red eléctrica tradicional.

“Nuestra investigación demuestra el potencial del uso de subproductos de molinos industriales de papel para diseñar materiales de electrodo sostenibles y de bajo costo para baterías de litio-azufre”, dijo Trevor Simmons, un científico investigador de Rensselaer que desarrolló la tecnología con sus colegas del Centro para Energía Futura Sistemas (CFES). Él ha patentado el proceso con el ex estudiante graduado Rahul Mukherjee.

Las baterías recargables de iones de litio actualmente son la tecnología de batería dominante. En los últimos años, sin embargo, ha crecido mucho interés en torno al desarrollo de baterías de litio-azufre, que pueden tener más del doble de la energía de 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 la corriente eléctrica. En una batería de litio-azufre, el cátodo está compuesto por una matriz de azufre y carbono, y se usa un óxido de metal y litio para el ánodo.

En su forma elemental, el azufre no es conductivo, pero cuando se combina con el carbono a temperaturas elevadas, se vuelve altamente conductivo, lo que permite su uso en nuevas tecnologías de baterías. El desafío, sin embargo, es que el azufre se puede disolver fácilmente en el electrolito de la batería, lo que hace que los electrodos de ambos lados se deterioren después de unos pocos ciclos.

Los investigadores han utilizado diferentes formas de carbono, como nanotubos y 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 única 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 oscura almibarada) se seca y luego se calienta a aproximadamente 700 grados Celsius en un horno de tubo de cuarzo.

El alto calor elimina la mayor parte del gas de azufre pero retiene algo del azufre en forma de polisulfuros (cadenas de átomos de azufre) que están incrustados en una matriz de carbón activado. El proceso de calentamiento se repite hasta que la cantidad correcta de azufre queda atrapada en la matriz de carbono. El material se tritura y se mezcla con un aglutinante polimérico inerte para crear un revestimiento de cátodo sobre papel de aluminio.

Hasta el momento, el equipo de investigación ha creado un prototipo de batería de litio-azufre que es del tamaño de una batería de reloj, que puede circular alrededor de 200 veces. El siguiente paso es ampliar el prototipo para aumentar notablemente la velocidad de descarga y la vida útil de la batería.

“Al reutilizar esta biomasa, los investigadores que trabajan con CFES hacen una contribución significativa a la preservación del medioambiente 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 desarrollo comercial de CFES.

 


Fuente

Materiales proporcionados por el Instituto Politécnico Rensselaer

Fuente: Sciencedaily