¿Alguna vez imaginaste que del papel se podría crear una batería?

Investigadores del Instituto Politécnico Rensselaer (IPR) desarrollaron un método que utiliza biomasa de papel (que es muy barata y abundante) para producir baterías de litio-azufre. Actualmente, las baterías recargables de iones de litio son la tecnología dominante, pero, en los últimos años, ha crecido mucho el interés en el desarrollo de baterías de litio-azufre, porque pueden almacenar más del doble de la energía que sus contrapartes con la misma masa.

El hallazgo tuvo lugar cuando los científicos estudiaban un subproducto de la industria papelera llamado lignosulfonato, un material de desecho que se produce cuando se obtiene la pulpa de celulosa, con la cual se fabrica el papel.

Para desarrollar su técnica, los investigadores se asociaron con la empresa Finch Paper, en Glens Falls, que proporcionó el lignosulfonato, que es como un “licor marrón”, una sustancia oscura almibarada, la cual se seca y luego se calienta a aproximadamente 700 grados Celsius en un horno de tubo de cuarzo.

Los investigadores del Instituto Politécnico Rensselaer han desarrollado un método patentado para utilizar la biomasa de papel barata y abundante para hacer baterías de litio-azufre. Foto: Cortesía Instituto Politécnico Rensselaer

El alto calor elimina la mayor parte del gas de azufre, pero retiene algo del azufre en forma de polisulfuros (cadenas de átomos de azufre) que están incrustados en una matriz de carbón activado. El proceso de calentamiento se repite hasta que la cantidad correcta de azufre queda atrapada en la matriz de carbono. El material se tritura y se mezcla con un aglutinante polimérico inerte para crear un revestimiento de cátodo sobre papel de aluminio.

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

En su forma elemental, el azufre no es conductivo, pero cuando se combina con el carbono a temperaturas elevadas, se vuelve altamente conductivo, lo que permite su uso en nuevas tecnologías de baterías.

“Las próximas baterías de los teléfonos celulares podrían ser de litio-azufre, con las cuales los smartphones funcionarían hasta una semana seguida con una sola recarga”.

Hasta el momento, el equipo de investigación ha creado un prototipo de batería de litio-azufre que es del tamaño de una batería de reloj, que puede ciclar alrededor de 200 veces. El siguiente paso es ampliar el prototipo para aumentar la velocidad de descarga y la vida útil de la batería de manera notable.

Una batería de este tipo, de mayor tamaño, podría usarse para alimentar grandes centros de datos y ofrecer una opción de almacenamiento de energía más económica para las microrredes y la red eléctrica tradicional.

“Nuestra investigación demuestra el potencial del uso de subproductos de molinos industriales de papel para diseñar materiales de electrodo sostenibles y de bajo costo para baterías de litio-azufre”, dijo Trevor Simmons, investigador del IPR, quien desarrolló esta tecnología (ya patentada) junto con otros científicos del Centro de Sistemas de Energía Futura.

El IPR fue fundado en 1824 y es la primera universidad de investigación tecnológica de Estados Unidos, con sede en Nueva York.

Otros investigadores en el mundo también trabajan en el desarrollo de baterías de litio-azufre. Un ejemplo se encuentra en la Universidad de Texas, en Dallas, en donde científicos crearon un componente de litio-azufre de alta potencia y no dañino para el medio ambiente que, en un futuro cercano, podría alargar la duración de las baterías hasta cinco veces más que las de litio.

El estudio fue publicado este año, en la revista Nature Nanotechnology. El doctor Kyeongjae Cho, profesor de Ciencia e Ingeniería de Materiales, y líder del proyecto, aseguró que las próximas baterías de los teléfonos celulares podrían ser de litio-azufre, con las cuales los smartphones funcionarían hasta una semana seguida con una sola recarga.

Fuente:
https://www.eurekalert.org/
Fuente Nature Nanotechnology:
https://www.nature.com/

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