تبدیل پسماند صنایع چوب به نانوالیاف کربنی باتری‌های سدیم‌یونی
پژوهشگران دانشگاه لیمریک (UL) با استفاده از یک پسماند تجدیدپذیر حاصل از صنایع چوب، ماده‌ای جدید برای ساخت باتری‌های سدیم‌یونی معرفی کرده‌اند که می‌تواند به کاهش وابستگی به مواد اولیه کمیاب و گران‌قیمت کمک کند. نتایج این پژوهش در مجله Advanced Materials منتشر شده است.
تبدیل پسماند صنایع چوب به نانوالیاف کربنی برای باتری‌های سدیم‌یونی با استفاده از فرایند آب‌پایه
در این مطالعه، لیگنوسولفونات (Lignosulfonate)، ماده‌ای جانبی حاصل از صنایع خمیر کاغذ و کاغذسازی، به نانوالیاف کربنی با عملکرد بالا برای استفاده در باتری‌های سدیم‌یونی تبدیل شده است. با افزایش تقاضا برای باتری‌ها در خودروهای برقی و فناوری‌های انرژی تجدیدپذیر، باتری‌های سدیم‌یونی به دلیل فراوانی سدیم در طبیعت، به‌عنوان گزینه‌ای امیدوارکننده برای ذخیره‌سازی انرژی مطرح شده‌اند.
استفاده از آب به‌جای حلال‌های سمی در تولید نانوالیاف کربنی
پژوهشگران دانشگاه لیمریک با همکاری محققان دانشگاه والنسیا، فرایندی مبتنی بر شیمی سبز توسعه داده‌اند که در آن از آب به‌جای حلال‌های سمی برای تولید مواد مورد استفاده در باتری‌ها استفاده می‌شود. این روش همچنین نیاز به چسباننده‌های مصنوعی و افزودنی‌هایی را که معمولاً در فرایند ساخت باتری به کار می‌روند، حذف می‌کند.
موریس ان. کالینز، استاد علوم مواد در دانشکده مهندسی دانشگاه لیمریک و پژوهشگر مؤسسه برنال، سرپرستی این مطالعه را بر عهده داشته است. به گفته او، این پژوهش نشان می‌دهد که چگونه یک پسماند کمتر استفاده‌شده از صنایع جنگلداری و کاغذسازی می‌تواند با یک فرایند ساده مبتنی بر آب به ماده‌ای ارزشمند برای باتری تبدیل شود.
یکی از دستاوردهای اصلی این تحقیق، امکان کنترل عملکرد ماده از طریق تنظیم ساختار آن در مقیاس نانو است. پژوهشگران با مهندسی دقیق نانوساختار کربن توانستند فرایند ذخیره‌سازی و آزادسازی یون‌های سدیم را هنگام شارژ و تخلیه باتری بهبود دهند.
جودیت میرالدا-یاله، پژوهشگر دکتری دانشگاه لیمریک و نویسنده اول مقاله، توضیح داده است که بررسی تغییرات شیمیایی و ساختاری کربن در طول فرایند تولید، به درک بهتر سازوکار تشکیل این ماده و طراحی مواد کارآمدتر و پایدارتر برای باتری‌های آینده کمک می‌کند.
در این روش، لیگنوسولفونات با ترکیبات دیگری با منشأ طبیعی ترکیب می‌شود تا الیاف بسیار ظریفی تولید شوند. سپس این الیاف به ساختارهای پیشرفته کربنی تبدیل می‌شوند که به‌طور ویژه برای کاربردهای ذخیره‌سازی انرژی طراحی شده‌اند.
تبدیل پسماند صنعتی به ماده‌ای ارزشمند برای ذخیره‌سازی انرژی
این پژوهش علاوه بر معرفی یک ماده جدید برای باتری‌های سدیم‌یونی، می‌تواند کاربرد تازه‌ای برای لیگنوسولفونات ایجاد کند؛ ماده‌ای که در حال حاضر بخش قابل‌توجهی از ظرفیت بالقوه آن در کاربردهای صنعتی مورد استفاده قرار نمی‌گیرد.
تادگ کندی، دانشیار دانشگاه لیمریک، یکی از مدیران مرکز پژوهشی باتری AMPEiRE و از نویسندگان این مقاله، تأکید کرده است که پایداری محیط‌زیستی در تمام مراحل توسعه این ماده در نظر گرفته شده است. استفاده از پسماند صنعتی فراوان، جایگزینی حلال‌های آلی با آب و مهندسی ساختار داخلی ماده برای بهبود ذخیره‌سازی سدیم، از ویژگی‌های اصلی این رویکرد هستند.
به گفته پژوهشگران، این مطالعه نشان می‌دهد که می‌توان منابع تجدیدپذیر را به مواد با ارزش افزوده بالا تبدیل کرد و هم‌زمان به توسعه اقتصاد چرخشی و پایدار کمک کرد. چنین رویکردی می‌تواند در آینده به تولید مواد پیشرفته برای نسل جدید فناوری‌های ذخیره‌سازی انرژی کمک کند.
