用紙張生物質制造鋰-硫電池

倫斯勒理工學院的研究人員開發了一種專利方法，利用廉價且豐富的紙張生物質制造鋰-硫電池。

造紙工業的主要副產物是木質素磺酸鹽，這是一種磺化的碳廢物，通常在現場燃燒，在回收硫再利用后將CO2釋放到大氣中。

日前，位于紐約特洛伊的倫斯勒理工學院的研究人員已經開發出一種方法，利用廉價且豐富的紙張生物質來制造可充電鋰-硫電池。這種電池可為大型數據中心供電，也可以為微電網和傳統電網提供更便宜的能量儲存選擇。

參與開發上述專利技術的倫斯勒理工學院研究人員表示，該項研究證明了利用工業造紙廠副產物為鋰-硫電池設計可持續的、低成本電極材料的可能性。研究人員并與同事共同申請了這項技術的專利。

可充電鋰離子電池是目前的主流電池技術。然而，近年來，人們對開發鋰-硫電池產生了極大的興趣，鋰-硫電池的能量是相同質量的鋰離子電池的2倍以上。

可充電電池有2個電極——正極和負極。放置在電極之間的是一種液體電解質，作為產生電流的化學反應的介質。在鋰-硫電池中，陰極由硫-碳基質組成，陽極由金屬鋰氧化物構成。

硫的單質形式是不導電的，但當它與碳在高溫下結合時，它就具有很高的導電性，使其可以用于新型電池技術中。然而，該技術的挑戰在于硫很容易溶解到電池的電解質中，導致電池2側的電極在幾次循環后就會變質。

研究人員使用不同形式的碳，如納米管和復合碳泡沫，將硫固定，但成效有限。研究人員指出，其專利技術提供了一種從單一原料中制造出最佳硫基陰極的簡單方法。

為了開發上述專利技術，倫斯勒大學的研究人員與格蘭斯福爾斯的Finch紙業合作，由對方提供木質素磺酸鹽。將木質素磺酸鹽這一“棕色液體”（一種深色糖漿狀物質）進行干燥處理，然后在石英管爐中加熱到約700℃。

高溫將大部分的含硫氣體排出，但保留了一些硫作為多硫化物（硫原子鏈）深嵌在活性炭基質中。加熱過程重復進行，直到適量的硫被固定于碳基質中。然后將該材料研磨，并與惰性聚合物黏合劑混合以在鋁箔上形成陰極涂層。

到目前為止，研究團隊已經制造出一種鋰-硫電池原型，其尺寸相當于一塊手表電池，可以循環200次左右。下一步是擴大原型，以顯著提高放電率和電池的循環壽命。

CFES業務發展總監介紹，在重新利用木質素磺酸鹽這種生物質的過程中，研究人員與CFES合作，為環境保護作出了重大貢獻，同時構建了更高效的電池，為能源儲存行業提供急需的推動力。

該研究的啟動資金來自紐約州污染預防研究所（NYSP2I）。隨后，該研究團隊獲得紐約州能源研究與發展管理局頒發的Bench to Prototype資助，通過NY-BEST（紐約電池和儲能技術）管理，以更全面地開發該技術。