用紙生物質構建鋰硫電池

造紙工業的主要副產品是木質素磺酸鹽，一種磺化的碳廢料，通常在現場燃燒，在捕獲硫再利用后將CO 2釋放到大氣中。

現在，倫斯勒理工學院的研究人員已經開發出一種方法，可以利用這種廉價而豐富的紙張生物質來制造可充電鋰硫電池。這種電池可用于為大數據中心供電，并為微電網和傳統電網提供更便宜的儲能方案。

倫斯勒研究科學家Trevor Simmons說：“我們的研究證明了使用工業造紙副產品設計可持續的低成本鋰硫電池電極材料的潛力，”他與未來能源中心的同事們共同開發了這項技術。系統(CFES)。他已與前研究生Rahul Mukherjee申請了專利。

當前，可充電鋰離子電池是主導的電池技術。但是，近年來，人們對開發鋰硫電池的興趣越來越濃，鋰硫電池的能量可能是相同質量的鋰離子電池的兩倍以上。

阿可再充電電池具有兩個電極，一個正陰極和負陽極。放置在電極之間的是液體電解質，該電解質用作產生電流的化學反應的介質。在鋰硫電池中，陰極由硫-碳基質組成，并且鋰金屬氧化物用作陽極。

硫以其元素形式不導電，但是在高溫下與碳結合時，它具有高導電性，因此可以用于新型電池技術。但是，挑戰在于，硫很容易溶解到電池的電解質中，從而導致兩側的電極僅經過幾個循環就會變質。

研究人員已經使用了各種形式的碳，例如納米管和復雜的碳泡沫，將硫限制在適當的位置，但是成功有限。西蒙斯說：“我們的方法提供了一種簡單的方法，可以從單一原料中制備出最佳的硫基陰極。”

為了開發他們的方法，Rensselaer研究人員與位于Glens Falls的Finch Paper合作，后者提供了木質素磺酸鹽。將這種“棕色液體”(一種深色漿狀物質)干燥，然后在石英管爐中加熱到約700攝氏度。

高熱量驅散了大部分的硫氣，但保留了一些硫，這些硫以多硫化物(硫原子鏈)的形式埋藏在活性炭基質的深處。重復加熱過程，直到在碳基質中捕獲了適量的硫為止。然后將材料磨碎并與惰性聚合物粘合劑混合以在鋁箔上形成陰極涂層。

迄今為止，研究團隊已經創建了一種鋰硫電池原型，其大小相當于手表電池的大小，可以循環使用約200次。下一步是擴大原型，以顯著提高放電速率和電池的循環壽命。

CFES業務發展總監Martin Byrne表示：“在重新利用這種生物質的過程中，與CFES合作的研究人員在保護環境的同時做出了巨大貢獻，同時構建了效率更高的電池，可以為儲能行業提供急需的動力。”