造紙工業(yè)的主要副產(chǎn)品是木質(zhì)素磺酸鹽，一種磺化的碳廢料，通常在現(xiàn)場(chǎng)燃燒，在捕獲硫再利用后將CO 2釋放到大氣中。

現(xiàn)在，倫斯勒理工學(xué)院的研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種方法，可以利用這種廉價(jià)而豐富的紙張生物質(zhì)來制造可充電鋰硫電池。這種電池可用于為大數(shù)據(jù)中心供電，并為微電網(wǎng)和傳統(tǒng)電網(wǎng)提供更便宜的儲(chǔ)能方案。

倫斯勒研究科學(xué)家Trevor Simmons說：“我們的研究證明了使用工業(yè)造紙副產(chǎn)品設(shè)計(jì)可持續(xù)的低成本鋰硫電池電極材料的潛力，”他與未來能源中心的同事們共同開發(fā)了這項(xiàng)技術(shù)。系統(tǒng)(CFES)。他已與前研究生Rahul Mukherjee申請(qǐng)了專利。

當(dāng)前，可充電鋰離子電池是主導(dǎo)的電池技術(shù)。但是，近年來，人們對(duì)開發(fā)鋰硫電池的興趣越來越濃，鋰硫電池的能量可能是相同質(zhì)量的鋰離子電池的兩倍以上。

阿可再充電電池具有兩個(gè)電極，一個(gè)正陰極和負(fù)陽極。放置在電極之間的是液體電解質(zhì)，該電解質(zhì)用作產(chǎn)生電流的化學(xué)反應(yīng)的介質(zhì)。在鋰硫電池中，陰極由硫-碳基質(zhì)組成，并且鋰金屬氧化物用作陽極。

硫以其元素形式不導(dǎo)電，但是在高溫下與碳結(jié)合時(shí)，它具有高導(dǎo)電性，因此可以用于新型電池技術(shù)。但是，挑戰(zhàn)在于，硫很容易溶解到電池的電解質(zhì)中，從而導(dǎo)致兩側(cè)的電極僅經(jīng)過幾個(gè)循環(huán)就會(huì)變質(zhì)。

研究人員已經(jīng)使用了各種形式的碳，例如納米管和復(fù)雜的碳泡沫，將硫限制在適當(dāng)?shù)奈恢?，但是成功有限。西蒙斯說：“我們的方法提供了一種簡(jiǎn)單的方法，可以從單一原料中制備出最佳的硫基陰極。”

為了開發(fā)他們的方法，Rensselaer研究人員與位于Glens Falls的Finch Paper合作，后者提供了木質(zhì)素磺酸鹽。將這種“棕色液體”(一種深色漿狀物質(zhì))干燥，然后在石英管爐中加熱到約700攝氏度。

高熱量驅(qū)散了大部分的硫氣，但保留了一些硫，這些硫以多硫化物(硫原子鏈)的形式埋藏在活性炭基質(zhì)的深處。重復(fù)加熱過程，直到在碳基質(zhì)中捕獲了適量的硫?yàn)橹?。然后將材料磨碎并與惰性聚合物粘合劑混合以在鋁箔上形成陰極涂層。

迄今為止，研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)創(chuàng)建了一種鋰硫電池原型，其大小相當(dāng)于手表電池的大小，可以循環(huán)使用約200次。下一步是擴(kuò)大原型，以顯著提高放電速率和電池的循環(huán)壽命。

CFES業(yè)務(wù)發(fā)展總監(jiān)Martin Byrne表示：“在重新利用這種生物質(zhì)的過程中，與CFES合作的研究人員在保護(hù)環(huán)境的同時(shí)做出了巨大貢獻(xiàn)，同時(shí)構(gòu)建了效率更高的電池，可以為儲(chǔ)能行業(yè)提供急需的動(dòng)力。”