VINACHEM

Một trong những phế thải chính trong ngành sản xuất giấy là lignosulfat. Phế thải này thường được đốt bỏ tại nhà máy để thu hồi lưu huỳnh, nhưng quá trình đó cũng giải phóng nhiều khí CO₂vào khí quyển.

Các nhà nghiên cứu tại Viện Kỹ thuật Rensselaer (New York, Mỹ) đã tìm ra phương pháp sử dụng loại sinh khối giấy rẻ tiền và rất dồi dào này để chế tạo ắc quy liti-lưu huỳnh có thể nạp lại. Những ắc quy như vậy có thể được sử dụng cho các trung tâm dữ liệu lớn hoặc dùng để lưu trữ năng lượng cho các hệ thống lưới điện thông thường.

Hiện nay, ắc quy ion liti có thể nạp lại là công nghệ hàng đầu trong lĩnh vực sản xuất ắc quy. Nhưng trong vài năm qua, ắc quy liti-lưu huỳnh cũng rất được quan tâm nhờ có mật độ lưu trữ năng lượng cao gấp đôi ắc quy ion liti.

Trong ắc quy liti-lưu huỳnh, catôt được chế tạo từ chất nền lưu huỳnh-cacbon, còn oxit liti được sử dụng làm anôt.

ở dạng nguyên tố, lưu huỳnh là vật liệu không dẫn điện, nhưng khi liên kết với cacbon ở nhiệt độ cao nó sẽ có khả năng dẫn điện rất tốt, có thể được sử dụng trong công nghệ ắc quy. Tuy nhiên, thách thức lớn ở đây là lưu huỳnh có thể bị hòa tan vào chất điện ly của ắc quy, khiến cho điện cực nhanh hỏng chỉ sau vài chu kỳ hoạt động.

Trước đây, các nhà nghiên cứu đã sử dụng các dạng cacbon khác nhau, ví dụ bọt xốp cacbon và các ống nano để giữ lưu huỳnh tại chỗ, nhưng cũng chỉ giải quyết được một phần của vấn đề.

Các nhà khoa học tại Viện kỹ thuật Rensselaer cho biết, phương pháp của họ cho phép tạo ra catôt lưu huỳnh tối ưu một cách đơn giản và chỉ từ một loại nguyên liệu.

Để phát triển phương pháp của mình, các nhà khoa học đã hợp tác với Nhà máy giấy Finch Paper ở Glens Falls là nơi cung cấp lignosulfat cho họ. Loại chất lỏng màu nâu này được sấy khô, sau đó được gia nhiệt đến khoảng 700oC trong lò ống thạch anh.

Nhiệt độ cao khiến cho phần lớn khí lưu huỳnh bị bay hơi, tuy nhiên một phần lưu huỳnh được giữ lại ở dạng polysulfua, được gắn cố định lên nền cacbon hoạt tính. Quá trình gia nhiệt được lặp đi lặp lại cho đến khi một lượng lưu huỳnh chính xác được giữ lại trong chất nền cacbon. Sau đó, vật liệu này được nghiền và phối trộn với chất liên kết polyme trơ để tạo thành lớp nền catôt bọc phủ trên một lá nhôm.

Bằng cách đó, nhóm nghiên cứu đã chế tạo dạng nguyên mẫu của ắc quy liti-lưu huỳnh có kích thước của một chiếc pin đồng hồ, có thể hoạt động khoảng 200 chu kỳ nạp-phóng điện.

Bước tiếp theo là phát triển dạng nguyên mẫu để tăng kích thước, tăng tốc độ phóng điện và chu kỳ hoạt động của pin. Các nhà nghiên cứu đã nhận được tài trợ của Cơ quan nghiên cứu và phát triển năng lượng bang New York để phát triển tiếp công nghệ của mình.

HS

Theo Chemistry & Industry, 4/2018