Aplicaciones electroquímicas de los carbones derivados de la lignina
La lignina es un material natural abundante que se ha investigado para varias aplicaciones comerciales. Sin embargo, este valioso material orgánico sigue infrautilizado. Ahora, un nuevo artículo de revisión publicado en la revista Carbon Neutralization, cuyos autores son científicos de China, ha investigado las aplicaciones electroquímicas de los carbones derivados de la lignina.
La fabricación de materiales a partir de biomasa, en comparación con los derivados de combustibles fósiles convencionales, aporta importantes beneficios a múltiples industrias. Entre las abundantes fuentes de biomasa que han explorado los investigadores, la lignina ha surgido como un material candidato idóneo para la construcción de alternativas sostenibles.
La lignina abunda universalmente y se encuentra en las paredes celulares de las plantas. Es uno de los principales componentes de la lignocelulosa y aporta rigidez a las estructuras de las paredes celulares, además de desempeñar un papel en el transporte de agua y en la inhibición de la degradación antimicrobiana y enzimática. Un elemento atractivo clave de la lignina es la presencia de múltiples grupos funcionales en su estructura de anillos aromáticos, lo que permite la fabricación de muchos materiales funcionales.
Aparte de la lignina natural, las industrias papelera y de biorrefinería producen cincuenta millones de toneladas de lignina industrial al año en todo el mundo. La lignina presenta ventajas como su bajo coste, sus vastas reservas de recursos y su mayor aromaticidad, lo que la convierte en un prometedor precursor del carbono para múltiples aplicaciones industriales.
Los carbones derivados de la lignina, que constituyen una vía factible para su valorización, tienen propiedades fisicoquímicas estables, morfologías sintonizables, alta porosidad y buena conductividad eléctrica, y estos materiales presentan una elevada superficie específica. Los tres tipos principales de carbones derivados de la lignina son los carbones porosos, que presentan diversas morfologías, los compuestos de carbono de lignina y los carbones dopados con heteroátomos.
Los carbones derivados de la lignina se han estudiado en investigaciones recientes para diversas aplicaciones catalíticas y electroquímicas de almacenamiento de energía. Baterías de iones de litio, baterías de iones de sodio, supercondensadores y aplicaciones catalíticas termocatalíticas, fotocatalíticas y electroquímicas han sido objeto de intensos estudios por parte de múltiples equipos.
Los materiales de carbono derivados de la lignina pueden prepararse como puntos de carbono, materiales porosos en forma de lámina y carbones porosos tridimensionales. Varios estudios han proporcionado resultados prometedores para estas estructuras de carbono altamente sintonizables como materiales catalíticos.
Los carbones porosos de lignina pueden utilizarse como materiales de electrodos de alto rendimiento en supercondensadores debido a sus recursos abundantes y sostenibles, su bajo coste y su alto contenido en carbono. Se han explorado varios métodos de síntesis verde, como la activación bacteriana, para preparar estos materiales.
Varios investigadores han demostrado la viabilidad de utilizar lignina como materia prima para baterías de iones de litio, con materiales tanto catódicos como anódicos preparados a partir de carbonos derivados de la lignina. La singular estructura de grupos funcionales del carbono derivado de la lignina y su diversa estructura microscópica mejoran notablemente la actividad electroquímica. Algunos estudios se centran en la selección de activadores adecuados para mejorar la estructura ordenada del carbono de lignina con el fin de mejorarla aún más.
El dopaje con heteroátomos y los compuestos de carbono de lignina se han explorado ampliamente en la investigación de las baterías de iones de litio en los últimos años. Uno de los objetivos del presente estudio es explotar al máximo la modificación de los abundantes sitios redox de la lignina para mejorar la carga de nanopartículas con capacidad de almacenamiento de litio. La investigación sobre la utilización de carbones de lignina como cátodos para baterías de iones de sodio es un área clave de la investigación electroquímica sobre almacenamiento de energía en la actualidad.
En definitiva, la lignina es un precursor de carbono muy prometedor para su uso en aplicaciones catalíticas y de almacenamiento electroquímico de energía. Sin embargo, sigue habiendo algunos retos clave que producen cuellos de botella y deben abordarse en futuros trabajos. Es necesario desarrollar tecnologías de activación sostenibles, ecológicas y altamente eficientes. Además, hay que seguir estudiando el mecanismo de carbonización de la lignina.
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Fuente: azom.com