Um subproduto importante na indústria de fabricação de papel é o lignossulfonato, um material residual de carbono sulfonado, que normalmente é queimado no local, liberando CO ₂ na atmosfera depois que o enxofre foi capturado para reutilização.

Agora, pesquisadores do Rensselaer Polytechnic Institute desenvolveram um método para usar essa biomassa de papel barata e abundante para construir uma bateria recarregável de lítio-enxofre. Essa bateria poderia ser usada para alimentar grandes centros de dados, bem como fornecer uma opção mais barata de armazenamento de energia para microrredes e a rede elétrica tradicional.

"Nossa pesquisa demonstra o potencial do uso de subprodutos de fábricas de papel industriais para projetar de forma sustentável, materiais de eletrodo de baixo custo para baterias de lítio-enxofre, "disse Trevor Simmons, um cientista pesquisador Rensselaer que desenvolveu a tecnologia com seus colegas no Center for Future Energy Systems (CFES). Ele patenteou o processo com o ex-aluno de graduação Rahul Mukherjee.

As baterias recarregáveis ​​de íon de lítio são atualmente a tecnologia de bateria dominante. Nos últimos anos, Contudo, muito interesse cresceu em torno do desenvolvimento de baterias de lítio-enxofre, que podem ter mais do que o dobro da energia de suas contrapartes de íons de lítio da mesma massa.

Uma bateria recarregável tem dois eletrodos - um cátodo positivo e um ânodo negativo. Colocado entre os eletrodos está um eletrólito líquido que serve como meio para as reações químicas que produzem corrente elétrica. Em uma bateria de lítio-enxofre, o cátodo é composto de uma matriz de enxofre-carbono, e um óxido de metal de lítio é usado para o ânodo.

Em sua forma elementar, enxofre não é condutor, mas quando combinado com carbono em temperaturas elevadas, torna-se altamente condutivo, permitindo que seja usado em novas tecnologias de bateria. O desafio, Contudo, é que o enxofre pode se dissolver facilmente no eletrólito da bateria, fazendo com que os eletrodos de ambos os lados se deteriorem após apenas alguns ciclos.

Os pesquisadores usaram diferentes formas de carbono, como nanotubos e espumas de carbono complexas, para confinar o enxofre no local, mas com sucesso limitado. "Nosso método fornece uma maneira simples de criar um cátodo à base de enxofre ideal a partir de uma única matéria-prima, "Simmons disse.

Para desenvolver seu método, os pesquisadores da Rensselaer fizeram parceria com a Finch Paper em Glens Falls, que forneceu o lignossulfonato. Este "licor marrom" (uma substância xaroposa escura) é seco e então aquecido a cerca de 700 graus Celsius em um forno de tubo de quartzo.

O alto calor expulsa a maior parte do gás de enxofre, mas retém parte do enxofre na forma de polissulfetos (cadeias de átomos de enxofre) que estão embutidos profundamente em uma matriz de carvão ativado. O processo de aquecimento é repetido até que a quantidade certa de enxofre fique presa na matriz de carbono. O material é então triturado e misturado com um aglutinante de polímero inerte para criar um revestimento catódico em folha de alumínio.

A equipe de pesquisa criou até agora um protótipo de bateria de lítio-enxofre que é do tamanho de uma bateria de relógio, que pode circular cerca de 200 vezes. A próxima etapa é expandir o protótipo para aumentar significativamente a taxa de descarga e o ciclo de vida da bateria.

"Ao reaproveitar essa biomassa, os pesquisadores que trabalham com CFES estão fazendo uma contribuição significativa para a preservação ambiental ao construir uma bateria mais eficiente que poderia fornecer um impulso muito necessário para a indústria de armazenamento de energia, "disse Martin Byrne, Diretor de desenvolvimento de negócios da CFES.