Khoa học kỹ thuật và công nghệ

Chế tạo pin lithium lưu huỳnh bằng giấy sinh khối (17/04/2018)

Sản phẩm phụ chủ yếu trong ngành công nghiệp sản xuất giấy là lignosulfonate, vật liệu cacbon sunfonat hóa thải loại thường được đốt cháy tại chỗ, giải phóng CO2 vào trong khí quyển sau khi lưu huỳnh được thu giữ để tái sử dụng.

Giờ đây, các nhà nghiên cứu tại Học viện Bách khoa Rensselaer đã đưa ra phương pháp sử dụng giấy sinh khối giá rẻ và dồi dào để chế tạo pin lithium-lưu huỳnh. Loại pin này có thể được sử dụng để cung cấp năng lượng cho các trung tâm dữ liệu lớn cũng như là lựa chọn lưu trữ năng lượng chi phí thấp cho các lưới điện nhỏ và lưới điện truyền thống.

Trevor Simmons, đồng tác giả nghiên cứu cho rằng: “Nghiên cứu của chúng tôi chúng tỏ tiềm năng sử dụng sản phẩm phụ của quy trình nghiền giấy công nghiệp để thiết kế vật liệu điện cực giá rẻ, bền vững cho pin lithium-lưu huỳnh”.

Pin lithium-lưu huỳnh hiện là công nghệ pin vượt trội. Tuy nhiên, trong những năm gần đây, mọi người quan tâm nhiều hơn đến việc phát triển pin lithium-lưu huỳnh có khả năng lưu trữ năng lượng gấp đôi pin lithium-ion cùng khối lượng.

Pin sạc có hai điện cực gồm cực âm và cực dương. Nằm giữa các điện cực là chất điện phân lỏng đóng vai trò là môi trường cho các phản ứng hóa học sinh ra dòng điện. Trong pin lithium-lưu huỳnh, cực âm được cấu thành từ chất nền lưu huỳnh-cacbon và một oxit kim loại lithium được sử dụng cho cực dương.

Ở dạng nguyên tố, lưu huỳnh không dẫn điện, nhưng khi kết hợp với cacbon ở nhiệt độ cao, nó trở thành chất dẫn điện tốt, cho phép áp dụng cho nhiều công nghệ pin mới. Tuy nhiên, lưu huỳnh có nhược điểm là dễ dàng hòa tan vào trong chất điện phân của pin, làm cho các điện cực bị hỏng chỉ sau vài chu kỳ.

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng những dạng cacbon khác nhau như các ống nano và bọt cacbon để giữ lưu huỳnh tại chỗ nhưng hiệu quả còn hạn chế. Simmons cho rằng: “Phương pháp của chúng tôi cung cấp một phương thức đơn giản để chế tạo cực âm tối ưu từ vật liệu lưu huỳnh”.

Để phát triển phương pháp này, nhóm nghiên cứu đã sử dụng lignosulfonate, chất lỏng màu nâu khô lại và sau đó được nung nóng ở 700 ^oC trong lò thạch anh. Nhiệt độ cao loại bỏ gần như toàn bộ khí lưu huỳnh nhưng chỉ giữ lại một phần lưu huỳnh dưới dạng polysulfide (các chuỗi lưu huỳnh) được nhúng sâu trong chất nền cacbon hoạt tính. Quy trình nung nóng được lặp lại cho đến khi lượng lưu huỳnh phù hợp mắc kẹt trong chất nền cacbon. Sau đó, vật liệu được nghiền và trộn với chất dính polymer mất hoạt tính để tạo ra lớp mạ cực âm trên lõi nhôm.

Cho đến nay, nhóm nghiên cứu đã chế tạo được mẫu pin lithium-lưu huỳnh có kích thước bằng pin đồng hồ có thể hoạt động khoảng 200 lần. Bước tiếp theo các nhà khoa học dự kiến mở rộng mẫu để tăng đáng kể tốc độ xả sạc và kéo dài thời hạn sử dụng pin.

Nguồn: N.T.T (NASATI)/Vista.gov.vn

Cập nhật: 10/4/2018