用纸质生物质建造锂硫电池

2019-01-14 08:37:19
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造纸工业中的主要副产物是木质素磺酸盐,一种磺化碳废料,其通常在现场燃烧,在捕获硫以再利用之后将CO 2释放到大气中。

现在,伦斯勒理工学院的研究人员开发出一种方法,利用这种廉价而丰富的纸张生物质来制造可充电的锂硫电池。这种电池可用于为大型数据中心供电,并为微电网和传统电网提供更便宜的能量存储选项。

“我们的研究证明了利用工业造纸厂副产品为锂硫电池设计可持续的低成本电极材料的潜力,”Rensselaer研究科学家Trevor Simmons说,他与未来能源中心的同事一起开发了这项技术。系统(CFES)。他为前研究生Rahul Mukherjee申请了专利。

可充电锂离子电池目前是主流电池技术。然而,近年来,人们对开发锂 - 硫电池产生了很大的兴趣,锂 - 硫电池的能量是相同质量的锂离子电池的两倍以上。

可充电电池具有两个电极 - 正极和负极。放置在电极之间的是液体电解质,其用作产生电流的化学反应的介质。在锂 - 硫电池中,阴极由硫 - 碳基质组成,锂金属氧化物用于阳极。

在其元素形式中,硫是不导电的,但当在高温下与碳结合时,它变得高度导电,使其可用于新型电池技术。然而,挑战在于硫很容易溶解到电池的电解液中,导致任何一侧的电极仅在几个循环后就会恶化。

研究人员使用不同形式的碳,如纳米管和复合碳泡沫,将硫限制在适当位置,但成效有限。“我们的方法提供了一种从单一原料中制造出最佳硫基阴极的简单方法,”西蒙斯说。

为了开发他们的方法,伦斯勒研究人员与Glens Falls的Finch Paper合作,提供了木质素磺酸盐。将该“棕色液体”(深色糖浆状物质)干燥,然后在石英管式炉中加热至约700摄氏度。

高温驱除了大部分硫气,但保留了一些硫作为多硫化物(硫原子链)嵌入活性炭基质深处。重复加热过程,直到适量的硫被捕获在碳基质中。然后将该材料研磨并与惰性聚合物粘合剂混合以在铝箔上形成阴极涂层。

到目前为止,该研究团队已经开发出一种锂电池原型,其尺寸与手表电池相当,可以循环约200次。下一步是扩大原型,以显着提高放电率和电池的循环寿命。

“在重新利用这种生物质时,与CFES合作的研究人员正在为环境保护作出重大贡献,同时构建更高效的电池,为能源存储行业提供急需的推动力,”CFES业务发展总监Martin Byrne说。

该研究的初始资金来自纽约州污染预防研究所(NYSP2I)。随后,该研究团队获得纽约州能源研究与发展管理局颁发的Bench to Prototype赠款,通过NY-BEST(纽约电池和储能技术)管理,以更全面地开发该技术。

西蒙斯及其同事的新型锂硫电池研究可以为能源储存行业做出重大贡献,是新理工学院愿景的一个例子,新理工学院是伦斯勒的一个新兴教学,学习和研究范例。这是对全球挑战和机遇如此巨大的认识,即使是最有才华的人也无法充分解决这些问题。新理工学院在研究,创新教学和伦斯勒学生的生活影响方面具有变革性。

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