Papierafval wordt grondstof voor goedkopere natrium-ion batterijen

De University of Limerick in Ierland en de University of Valencia in Spanje ontdekten een manier om lignosulfonaat te verwerken tot koolstofvezels die dienen als elektrodemateriaal in natrium-ion batterijen. Lignosulfonaat is een bijproduct van de papier- en houtpulpindustrie. Fabrieken produceren er jaarlijks miljoenen tonnen van, maar momenteel wordt het vooral laagwaardig verbrand voor warmte of simpelweg afgevoerd als afval. Door het om te zetten in batterijmateriaal krijgt een goedkope afvalstroom plotseling economische waarde.

De zoektocht naar alternatieven voor lithium-ion batterijen is in volle gang. Lithium-ion accu's zijn krachtig, maar leunen op lithium en kobalt: grondstoffen die schaars zijn, geconcentreerd in een beperkt aantal landen liggen en vaak onder milieubelastende omstandigheden worden gewonnen. Natrium is daarentegen een van de meest voorkomende elementen op aarde. Dat maakt natrium-ion technologie een serieuze kandidaat om op termijn een deel van de vraag naar kritieke mineralen te verminderen.

Schoon productieproces

Opvallend aan het onderzoek is niet alleen het gebruikte restmateriaal, maar ook de manier waarop het wordt verwerkt. Normaal gesproken vergt de productie van batterijelektrodes giftige organische oplosmiddelen en synthetische bindmiddelen om de deeltjes bij elkaar te houden. De onderzoekers vervingen dat proces door een waterige, milieuvriendelijke methode. Ze mengden lignosulfonaat met gelatine en alginaat, twee natuurlijke stoffen die tijdens de verhitting als een soort tijdelijke mal fungeren. Na de warmtebehandeling verdwijnen gelatine en alginaat, en blijft een poreuze koolstofstructuur over met een groot inwendig oppervlak. Die structuur bepaalt uiteindelijk hoe goed de batterij natriumionen kan opslaan en weer afgeven tijdens het opladen en ontladen.

Nog niet klaar voor de fabriek

De onderzoekers noemen het werk veelbelovend, maar wijzen ook op praktische hobbels. Lignosulfonaat komt direct uit het afvalwater van papierfabrieken, en de samenstelling verschilt per houtsoort en productieproces. Om tot een betrouwbaar, industrieel toepasbaar materiaal te komen, is waarschijnlijk een strikte zuiveringsstap nodig die de kwaliteit standaardiseert. Daarnaast is nog onduidelijk hoe goed de poreuze koolstofvezels duizenden laad- en ontlaadcycli doorstaan zonder structureel te verzwakken. Vervolgonderzoek moet uitwijzen of de techniek die duurzaamheidstest doorstaat voordat ze op grote schaal kan worden ingezet. Als dat lukt, kan een afvalstroom die nu amper waarde heeft uitgroeien tot een belangrijke grondstof voor de batterijen van morgen, en daarmee bijdragen aan goedkopere en minder grondstofafhankelijke elektrische voertuigen.