業界の発見：紙バイオマスはリチウム硫黄電池を構築

レンスラー工科大学の研究者は、安価で豊富な紙バイオマスを使用してリチウム硫黄電池を製造するための特許取得済みの方法を開発しました。

製紙業界の主な副産物は、リグニンスルホン酸塩、通常は現場で燃焼されるスルホン化炭素廃棄物であり、硫黄にCO2が放出された後の大気は再利用のために回収されます。

現在、レンズラー工科大学の研究者は、この安価で豊富な紙バイオマスを使用して、充電式リチウム硫黄電池を構築する方法を開発しました。このようなバッテリーは、大規模なデータセンターに電力を供給し、マイクログリッドおよび従来のグリッドに安価なエネルギー貯蔵オプションを提供するために使用できます。

「私たちの研究は、産業製紙工場の副産物を使用して、リチウム硫黄電池用の持続可能な低コストの電極材料を設計する可能性を示しています」と、Future Energy Center System（CFES）の研究科学者であるLunsileは述べています。彼は元大学院生のラフエルムケジと特許を取得しています。

現在、充電式リチウムイオン電池が主な電池技術です。しかし、近年、リチウム硫黄電池の開発に大きな関心が寄せられています。リチウム電池のリチウムイオン電池は、同じ品質のリチウムイオン電池の2倍以上のエネルギーを持つことができます。

二次電池には、正と負の2つの電極があります。電極間には、電流を生成する化学反応の媒体として使用される液体電解質があります。リチウム硫黄電池では、カソードはチオカーボンマトリックスで構成され、アノードにはリチウム金属酸化物が使用されます。

硫黄は元素の形では導電性ではありませんが、高温で炭素と結合すると導電性が高くなり、新しい電池技術で使用できるようになります。ただし、問題は、硫黄がバッテリーの電解液に容易に溶解し、わずか数サイクルで両側の電極が劣化することです。

研究者は、硫黄を適切な場所に制限するために、ナノチューブや複雑な炭素発泡体などのさまざまな形態の炭素を使用してきましたが、成功は限られています。 「私たちのアプローチは、単一の原材料から最高のスルフリルカソードを作成する簡単な方法を提供します」とシモンズ氏は述べています。

それらの方法を開発するために、Rensselaerの研究者はGlenFallsのFinch Paperと協力して、リグニンスルホン酸塩を提供しました。 「茶色の液体」（黒いシロップ）を乾燥させた後、石英管炉で約700℃に加熱します。

高熱は硫黄ガスの大部分を除去しますが、活性炭マトリックスに深く埋め込まれたポリ硫化物（硫黄原子鎖）として硫黄をいくらか保持します。適切な量の硫黄が炭素マトリックスに捕捉されるまで、加熱プロセスが繰り返されます。次に、材料を粉砕し、不活性ポリマー接着剤と混合して、アルミホイル上にカソードコーティングを形成します。

これまでのところ、チームは約200回リサイクルできる時計用電池と同じサイズのリチウム硫黄電池のプロトタイプを作成しました。次のステップは、プロトタイプを拡張して、放電率とバッテリーサイクル寿命を大幅に延ばすことです。

CFESの事業開発ディレクターであるMartinByrne氏は、次のように述べています。「バイオマスエネルギーの方向を変える一方で、CFESと協力する研究者は、エネルギー貯蔵業界に切望されている後押しを提供するより効率的なバッテリーを構築しながら、環境保護に大きく貢献しています。

この研究への最初の資金は、ニューヨーク州公害防止研究所（NYSP2I）から提供されました。その後、研究チームは、ニューヨーク州エネルギー研究開発庁からNY-BEST（ニューヨークバッテリーおよびエネルギー貯蔵技術）を通じてベンチトプロトタイプ助成金を管理し、技術をより包括的に開発しました。

シモンズと彼の同僚の新しいリチウムイオン電池の研究は、エネルギー貯蔵産業に大きな貢献をする可能性があります。これは、新しい工科大学の例です。これは、Lunsileの新しい教育、学習、および研究のパラダイムです。世界的な課題と機会が非常に大きいため、最もユニークな才能でさえ適切に対処できないことは認識されています。新しい工科大学は、研究、革新的な教授法、そしてLunsileの学生の生活の世界的な影響力において、地球を揺るがす役割を果たしてきました。

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