Un subproducto importante en la industria de fabricación de papel 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 el azufre haya sido capturado 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 y azufre. Una batería de este tipo podría utilizarse para alimentar grandes centros de datos y proporcionar una opción de almacenamiento de energía más barata para las microrredes y la red eléctrica tradicional.

"Nuestra investigación demuestra el potencial de utilizar subproductos industriales de las fábricas de papel para diseñar materiales de electrodos de bajo costo para baterías de litio-azufre, "dijo Trevor Simmons, un científico investigador de Rensselaer que desarrolló la tecnología con sus colegas en el Center for Future Energy Systems (CFES). Ha patentado el proceso con el ex estudiante de posgrado Rahul Mukherjee.

Las baterías recargables de iones de litio son actualmente la tecnología de batería dominante. En años recientes, sin embargo, ha crecido mucho interés en el desarrollo de baterías de litio-azufre, que pueden tener más del doble de energía que sus homólogos de iones de litio de la misma masa.

Una batería recargable tiene dos electrodos:un cátodo positivo y un ánodo negativo. Entre los electrodos hay un electrolito líquido que sirve como medio para las reacciones químicas que producen corriente eléctrica. En una batería de litio-azufre, el cátodo está compuesto por una matriz de azufre-carbono, y se utiliza un óxido de metal de litio para el ánodo.

En su forma elemental, el azufre no es conductor, pero cuando se combina con carbono a temperaturas elevadas, se vuelve altamente conductivo, permitiendo su uso en nuevas tecnologías de baterías. El reto, sin embargo, es que el azufre se puede disolver fácilmente en el electrolito de una batería, causando que los electrodos de ambos lados se deterioren después de solo 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 forma sencilla de crear un cátodo óptimo a base de azufre a partir de una sola 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 y almibarada) se seca y luego se calienta a unos 700 grados Celsius en un horno de tubo de cuarzo.

El alto calor expulsa la mayor parte del gas de azufre, pero retiene parte del azufre como polisulfuros (cadenas de átomos de azufre) que están incrustados profundamente dentro de una matriz de carbón activado. El proceso de calentamiento se repite hasta que quede atrapada la cantidad correcta de azufre en la matriz de carbono. Luego, el material se muele y se mezcla con un aglutinante de polímero inerte para crear un revestimiento de cátodo sobre papel de aluminio.

El equipo de investigación ha creado hasta ahora un prototipo de batería de litio y azufre del tamaño de una batería de reloj. que puede realizar un ciclo de unas 200 veces. El siguiente paso es escalar el prototipo para aumentar notablemente la tasa de descarga y el ciclo de vida de la batería.

"Al reutilizar esta biomasa, los investigadores que trabajan con CFES están haciendo una contribución significativa a la preservación del medio ambiente mientras construyen una batería más eficiente que podría proporcionar un impulso muy necesario para la industria del almacenamiento de energía, "dijo Martin Byrne, Director de desarrollo empresarial de CFES.