Proces pe bază de apă transformă un subprodus din industria lemnului în nanofibre de carbon pentru baterii cu ioni de sodiu
Cercetătorii de la Universitatea din Limerick au identificat un nou material pentru baterii, obținut dintr-un subprodus regenerabil al industriei lemnului, care ar putea reduce dependența de materiale rare și scumpe. Studiul, publicat în Advanced Materials, arată cum lignosulfonatul, un deșeu provenit din industriile de celuloză și hârtie, poate fi transformat în nanofibre de carbon de înaltă performanță pentru bateriile cu ioni de sodiu.
Pe măsură ce cererea de baterii crește odată cu expansiunea vehiculelor electrice și a tehnologiilor de energie regenerabilă, oamenii de știință caută tot mai mult alternative sustenabile la bateriile cu ioni de litiu. Sodiul este unul dintre cele mai abundente elemente de pe Pământ, ceea ce face din bateriile cu ioni de sodiu o opțiune promițătoare pentru stocarea energiei în viitor.
Cercetătorii de la Universitatea din Limerick, în colaborare cu colegi de la Universitatea din Valencia, au dezvoltat un proces de chimie verde care folosește apa în locul solvenților toxici pentru a crea materiale pentru baterii. Procesul elimină, de asemenea, necesitatea lianților sintetici și a aditivilor folosiți în mod obișnuit în fabricarea bateriilor.
Maurice N. Collins, profesor de știința materialelor la Școala de Inginerie a Universității din Limerick și coordonator al studiului, a declarat că cercetarea arată cum un subprodus insuficient valorificat din industriile forestieră și de hârtie poate fi convertit într-un material valoros pentru baterii printr-un proces simplu pe bază de apă. El a subliniat că o descoperire cheie a fost constatarea că performanța materialului poate fi adaptată prin controlul structurii sale la scară nanometrică, iar prin inginerie atentă a nanostructurii materialului carbonic s-a reușit îmbunătățirea eficienței cu care ionii de sodiu sunt stocați și eliberați în timpul încărcării și descărcării.
Judith Miralda-Jalle, primul autor al lucrării și cercetător doctoral la Universitatea din Limerick, a afirmat că studiul nu a vizat doar crearea unui nou material pentru baterii, ci și înțelegerea științei din spatele acestuia. Prin investigarea modului în care chimia și structura carbonului s-au modificat în timpul procesării, echipa a obținut informații care pot ghida proiectarea unor materiale mai eficiente și mai sustenabile pentru viitoarele baterii.
Echipa a produs materialul combinând lignosulfonatul cu alte ingrediente de origine naturală pentru a crea fibre ultrafine, care au fost apoi transformate în structuri avansate de carbon, proiectate special pentru aplicații de stocare a energiei.
Dincolo de utilizarea potențială în baterii, cercetarea ar putea crea o nouă aplicație valoroasă pentru lignosulfonat, care în prezent este un subprodus industrial insuficient utilizat.
Tadhg Kennedy, profesor asociat, co-director al Centrului de Cercetare a Bateriilor AMPEiRE din cadrul Universității din Limerick și coautor al lucrării, a adăugat că ceea ce este deosebit de interesant la această cercetare este faptul că sustenabilitatea este integrată în fiecare etapă a dezvoltării materialului. El a explicat că pornind de la un subprodus industrial abundent, procesat cu apă în loc de solvenți organici, și inginerind structura sa internă pentru a îmbunătăți stocarea sodiului, se demonstrează că materialele pentru baterii de înaltă performanță pot fi proiectate având în vedere atât performanța electrochimică, cât și responsabilitatea față de mediu.
Collins a subliniat potențialul ecologic al acestei cercetări, explicând că lucrarea demonstrează cum resursele regenerabile pot fi transformate în materiale de mare valoare, sprijinind în același timp dezvoltarea unei economii mai circulare și mai sustenabile, precum și potențialul enorm al materialelor durabile de a susține următoarea generație de tehnologii de stocare a energiei.
