R&D magazine
2018_263_9
Stranski proizvod papirne industrije bi lahko bil odgovor na ustvarjanje dolgotrajnih litij-žveplovih baterij.
Ekipa iz Politehničnega inštituta Rensselaer je ustvarila metodo za uporabo sulfoniranih ogljikovih odpadkov, imenovanih lignosulfonat, za izgradnjo litij-žveplovega akumulatorja za ponovno polnjenje.
Lignosulfonat običajno skurijo v tovarni, pri tem pa se v ozračje sprošča ogljikov dioksid potem, ko zajamejo žveplo za ponovno uporabo. Akumulator, ki je bil zgrajen z bogatim in poceni materialom, se lahko uporablja za poganjanje velikih podatkovnih centrov, pa tudi za cenejše shranjevanje energije za mikro-omrežja in tradicionalno električno omrežje.
“Naše raziskave kažejo potencial uporabe industrijskih stranskih proizvodov kot vir trajnostnih poceni elektrodnih materialov za litijeve žveplove baterije,” je povedal Trevor Simmons, raziskovalni raziskovalec Rensselaerja, ki je tehnologijo razvijal s svojimi kolegi v Centru za prihodnje energetske sisteme (CFES).
Polnilne baterije imajo dve elektrodi – pozitivno katodo in negativno anodo. Tekoči elektrolit je nameščen med elektrodama in služi kot sredstvo za kemične reakcije, ki proizvajajo električni tok. V litijev-žveplovem akumulatorju je katoda izdelana iz žveplo-ogljikove matrike, anoda pa je sestavljena iz litijevega kovinskega oksida.
Žveplo je v svoji elementarni obliki neprevodno. Ko pa je v kombinaciji z ogljikom pri povišanih temperaturah, postane zelo prevoden, vendar se lahko zlahka raztopi v elektrolit akumulatorja, kar povzroči, da se elektrode na obeh straneh po nekaj ciklih poslabšajo.
Z različnimi oblikami ogljika, kot so nanocevke in kompleksne ogljikove pene, so poskusili omejiti žveplo na mestu, vendar niso bili uspešni.
“Naša metoda omogoča preprost način ustvarjanja optimalne katode na osnovi žvepla iz ene surovine”, je dejal Simmons.
Raziskovalna skupina je razvila substanco temni sirup, imenovano “rjavi liker”, ki jo je posušila in nato segrela na približno 700 stopinj Celzija v kvarčni peči.
Visoka temperatura odstrani večino žveplovih plinov, hkrati pa zadrži del žvepla v obliki polisulfidnih verig žveplovih atomov, ki so z aktivnim ogljikom vgrajeni globoko v matriko. Postopek segrevanja se nato ponovi, dokler v ogljikovi matriki ne ujamejo pravilne količine žvepla.
Raziskovalci nato zmeljejo material in ga premešamo z inertnim polimernim vezivom, da ustvarimo katodno prevleko na aluminijasti foliji.
Do sedaj je ekipa ustvarila prototip litijev-žveplovega akumulatorja v velikosti baterije za uro, ki se lahko napolni približno 200-krat.
Zdaj bodo poskušali povečati prototip, da bi občutno povečali hitrost izpraznjenja in življenjsko dobo akumulatorja.
“Pri ponovnem zagonu te biomase raziskovalci, ki delajo s CFES, bistveno prispevajo k ohranjanju okolja, hkrati pa gradijo učinkovitejše akumulatorje, ki bi lahko zagotovili potrebno energijo za industrijo”, je v izjavi dejal Martin Byrne, direktor za razvoj poslovanja CFES.
