Des chercheurs du Rensselaer Polytechnic Institute ont mis au point une méthode brevetée pour utiliser de la biomasse de papier bon marché et abondante pour fabriquer des batteries lithium-soufre. Crédit :Institut polytechnique Rensselaer
Un sous-produit majeur de l'industrie papetière est le lignosulfonate, un déchet de carbone sulfoné, qui est généralement brûlé sur place, dégageant du CO
Aujourd'hui, des chercheurs de l'Institut polytechnique Rensselaer ont développé une méthode pour utiliser cette biomasse de papier bon marché et abondante pour construire une batterie lithium-soufre rechargeable. Une telle batterie pourrait être utilisée pour alimenter les grands centres de données et fournir une option de stockage d'énergie moins chère pour les micro-réseaux et le réseau électrique traditionnel.
« Notre recherche démontre le potentiel de l'utilisation des sous-produits des papeteries industrielles pour concevoir des matériaux d'électrode à faible coût pour les batteries lithium-soufre, " a déclaré Trevor Simmons, un chercheur de Rensselaer qui a développé la technologie avec ses collègues du Center for Future Energy Systems (CFES). Il a breveté le processus avec l'ancien étudiant diplômé Rahul Mukherjee.
Les batteries lithium-ion rechargeables sont actuellement la technologie de batterie dominante. Dans les années récentes, cependant, beaucoup d'intérêt s'est développé autour du développement de batteries lithium-soufre, qui peuvent avoir plus du double de l'énergie de leurs homologues lithium-ion de même masse.
Une batterie rechargeable a deux électrodes :une cathode positive et une anode négative. Placé entre les électrodes se trouve un électrolyte liquide qui sert de support aux réactions chimiques qui produisent du courant électrique. Dans une batterie lithium-soufre, la cathode est composée d'une matrice soufre-carbone, et un oxyde de lithium métallique est utilisé pour l'anode.
Sous sa forme élémentaire, le soufre n'est pas conducteur, mais lorsqu'il est combiné avec du carbone à des températures élevées, il devient très conducteur, lui permettant d'être utilisé dans de nouvelles technologies de batterie. Le défi, cependant, est que le soufre peut facilement se dissoudre dans l'électrolyte d'une batterie, provoquant la détérioration des électrodes de chaque côté après seulement quelques cycles.
Les chercheurs ont utilisé différentes formes de carbone, tels que les nanotubes et les mousses de carbone complexes, confiner le soufre en place, mais avec un succès limité. "Notre méthode fournit un moyen simple de créer une cathode à base de soufre optimale à partir d'une seule matière première, " dit Simmons.
Pour développer leur méthode, les chercheurs de Rensselaer se sont associés à Finch Paper à Glens Falls, qui a fourni le lignosulfonate. Cette "liqueur brune" (une substance sirupeuse foncée) est séchée puis chauffée à environ 700 degrés Celsius dans un four à tube de quartz.
La chaleur élevée chasse la majeure partie du gaz sulfureux mais retient une partie du soufre sous forme de polysulfures (chaînes d'atomes de soufre) qui sont noyés profondément dans une matrice de charbon actif. Le processus de chauffage est répété jusqu'à ce que la bonne quantité de soufre soit piégée dans la matrice de carbone. Le matériau est ensuite broyé et mélangé avec un liant polymère inerte pour créer un revêtement cathodique sur une feuille d'aluminium.
L'équipe de recherche a jusqu'à présent créé un prototype de pile au lithium-soufre de la taille d'une pile de montre, qui peut cycler environ 200 fois. L'étape suivante consiste à faire évoluer le prototype pour augmenter considérablement le taux de décharge et la durée de vie de la batterie.
« En réutilisant cette biomasse, les chercheurs travaillant avec CFES apportent une contribution significative à la préservation de l'environnement tout en construisant une batterie plus efficace qui pourrait fournir un coup de pouce bien nécessaire pour l'industrie du stockage d'énergie, " a déclaré Martin Byrne, Directeur du développement des affaires de la CFES.
