Produk sampingan utama dalam industri pembuatan kertas adalah lignosulfonat, bahan limbah karbon tersulfonasi, yang biasanya dibakar di pabrik, melepaskan CO2 ke atmosfer setelah sulfur ditangkap untuk digunakan kembali.
Sekarang para peneliti di Rensselaer Polytechnic Institute telah mengembangkan metode untuk menggunakan biomassa kertas murah dan berlimpah ini untuk membangun baterai lithium-sulfur yang dapat diisi ulang. Baterai semacam itu dapat digunakan untuk menggerakkan pusat data besar serta menyediakan opsi penyimpanan energi yang lebih murah untuk jaringan listrik kecil dan tradisional.
“Penelitian kami menunjukkan potensi menggunakan produk samping industri pabrik kertas untuk dirancang berkelanjutan, bahan elektroda murah untuk baterai lithium-sulfur,” kata Trevor Simmons, ilmuwan penelitian Rensselaer yang mengembangkan teknologi dengan rekan-rekannya di Center for Future Energy. Sistem (CFES). Dia telah mematenkan prosesnya dengan mantan mahasiswa pascasarjana Rahul Mukherjee.
Baterai lithium-ion yang dapat diisi ulang saat ini adalah teknologi baterai yang paling dominan. Namun, dalam beberapa tahun terakhir, banyak minat telah berkembang di sekitar pengembangan baterai lithium-sulfur, yang dapat memiliki lebih dari dua kali lipat energi dari lithium-ion dan sejenisnya dari massa yang sama.
Baterai yang dapat diisi ulang memiliki dua elektroda — katoda positif dan anoda negatif. Di antara elektroda ditempatkan elektrolit cair yang berfungsi sebagai media untuk reaksi kimia yang menghasilkan arus listrik. Dalam baterai lithium-sulfur, katoda terdiri dari matriks sulfur-karbon, dan oksida logam lithium digunakan untuk anoda.
Dalam bentuk unsurnya, belerang bersifat non-konduktif, tetapi bila dikombinasikan dengan karbon pada suhu tinggi, ia menjadi sangat konduktif, memungkinkannya untuk digunakan dalam teknologi baterai baru. Namun, tantangannya adalah belerang dapat dengan mudah larut ke dalam elektrolit baterai, menyebabkan elektroda di kedua sisi memburuk setelah beberapa kali saja siklus pemakaian.
Para peneliti telah menggunakan berbagai bentuk karbon, seperti nanotube dan busa karbon kompleks, untuk membatasi belerang di tempat, tetapi dengan keberhasilan yang terbatas. “Metode kami menyediakan cara sederhana untuk menciptakan katoda berbasis sulfur yang optimal dari bahan baku tunggal,” kata Simmons.
Untuk mengembangkan metode mereka, para peneliti Rensselaer bermitra dengan Finch Paper di Glens Falls, yang menyediakan lignosulfonat. Ini “minuman keras coklat” (zat sirup gelap) yang dikeringkan dan kemudian dipanaskan sampai sekitar 700 derajat Celcius dalam tungku tabung kuarsa.
Panas yang tinggi mengusir sebagian besar sulfur dalam bentuk gas tetapi mempertahankan sebagian sulfur sebagai polysulfides (rantai atom belerang) yang tertanam jauh di dalam matriks karbon aktif. Proses pemanasan diulang sampai jumlah sulfur yang tepat terperangkap dalam matriks karbon. Bahan tersebut kemudian digiling dan dicampur dengan pengikat polimer inert untuk menciptakan lapisan katoda pada aluminium foil.
Tim peneliti sejauh ini telah menciptakan prototipe baterai lithium-sulfur yang seukuran baterai jam tangan, yang dapat bersiklus himgga sekitar 200 kali. Langkah selanjutnya adalah memperbesar prototipe untuk meningkatkan laju pengeluaran dan siklus hidup baterai secara nyata.
“Dalam memanfaatkan kembali biomassa ini, para peneliti yang bekerja dengan CFES membuat kontribusi yang signifikan terhadap pelestarian lingkungan sambil membangun baterai yang lebih efisien yang dapat memberikan dorongan yang sangat dibutuhkan untuk industri penyimpanan energi,” kata Martin Byrne, direktur pengembangan bisnis CFES.
