Vietnamský vědec používá rýžové slupky k výrobě dobíjecích baterií.

Việt Nam•03/08/2023

Výzkumný tým vedený docentem Dr. Le My Loan Phungem navrhl s využitím rýžových slupek materiál pro výrobu levných lithium-iontových baterií.

Výzkum vedla od roku 2020 doc. Dr. Le My Loan Phung z Přírodovědecké fakulty Vietnamské národní univerzity v Ho Či Minově Městě (APCLab) a její kolegové.

Vysvětlila, že rýžové slupky obsahují průměrný obsah oxidu křemičitého (SiO2) asi 10,6 %. Jedná se o důležitou složku, kterou lze použít k výrobě lithium-iontových dobíjecích baterií. Skupina navrhla a získala finanční prostředky od Inovačního fondu Vingroup (VinIF) na výzkum procesu syntézy elektrodových materiálů z rýžových slupek za účelem výroby zkušebních 4V lithium-iontových dobíjecích baterií ve formě knoflíkových a kapsových baterií. Knoflíkové baterie se používají v hodinkách, monitorech srdečního tepu, osobních počítačích a kapsových bateriích pro telefony a další kompaktní elektronická zařízení.

*Dr. Phung pracuje ve vakuové komoře a sestavuje knoflíkové baterie. Foto: Poskytl respondent.*

Výzkumný tým získal rýžové slupky z okresu Tan Tru (provincie Long An), promyl je, vysušil a poté je hodinu zahříval v inertním plynu. Poté byly jemně rozemlety na popel z rýžových slupek a smíchány s pevným hydroxidem draselným (KOH). Tato směs byla poté znovu zahřáta v inertním plynu, rozemleta a promyta. Po vysušení je konečným produktem tmavě šedý suchý prášek, známý také jako kompozitní materiál z uhličitanu (C/SiO2).

Tým vyvinul syntetický proces, který dokáže z 1 kg rýžových slupek vyrobit 350 g materiálu C/SiO2 s prodejní cenou přibližně 50 USD/1000 g. Po dvou letech experimentální výroby výzkumný tým zvládl technologii pro sestavování kompletních knoflíkových článků a kapsových baterií s použitím materiálu C/SiO2 z rýžových slupek.

*Schéma procesu výroby křemičitého materiálu. Foto: Výzkumný tým*

Docent Phung vysvětlil, že křemičitý materiál má porézní strukturu, která umožňuje lithiovým iontům pohyb a vzájemné propojení uvnitř struktury, čímž se přeměňují na elektrickou energii. APCLab využívá tuto vlastnost materiálu k návrhu vhodné struktury pro různé aplikace dobíjecích baterií. V závislosti na typu energie každé baterie je materiál navržen tak, aby vypočítal potřebné množství. Každá knoflíková baterie obvykle vyžaduje pouze několik desítek miligramů rýžových slupek, zatímco větší baterie vyžadují asi 10–20 gramů.

V současné době je většina dobíjecích baterií na trhu vyrobena z grafitu, materiálu extrahovaného a rafinovaného z uhelné rudy. Tento materiál stojí přibližně 100 dolarů na 100 gramů a proces jeho získávání může způsobit znečištění životního prostředí.

Dr. Phung zhodnotil, že křemičitý materiál má potenciál zcela nahradit grafit z hlediska nákladů, efektivity a ochrany životního prostředí. To rozšiřuje potenciálně lukrativní trh s rýžovými slupkami a přináší zemědělcům značné zisky.

V budoucnu plánuje výzkumný tým optimalizovat produkt na základě ekonomických nákladů. Podle současných odhadů by se knoflíkové baterie vyrobené z rýžových slupek mohly prodávat za 7–8 dolarů za kus a kapsové baterie za 30 dolarů za kus.

*Knoflíkové baterie vyrobené z rýžových slupek se vyrábějí zkušebním způsobem. Foto: Výzkumný tým*

Docent Dr. Nguyen Dinh Quan, vedoucí laboratoře biopaliv a biomasy na Technologické univerzitě Vietnamské národní univerzity v Ho Či Minově Městě, zhodnotil, že oxid křemičitý je známý jako přísada do elektrod lithium-iontových dobíjecích baterií díky své schopnosti mnohonásobně zvýšit kapacitu baterie. Jeho nevýhodou je, že elektrody jsou náchylné k objemové expanzi, ale to lze překonat použitím nanočástic oxidu křemičitého. APCLab provedla podobný výzkum po celém světě, aby využila tvarovaný oxid křemičitý z rýžových slupek jako přísadu do bateriových elektrod. Oxid křemičitý v rýžových slupkách je dispergován s nízkou hustotou; když se rýžové slupky tepelně rozloží, vytvoří směs karbonizovaného uhlíku s nanočásticemi oxidu křemičitého.

„Tato metoda je jednoduchá, ale vysoce účinná a pokud bude výzkumný projekt úspěšný, mohla by pomoci velmoci v produkci rýže, jako je Vietnam, vytvořit významnou přidanou hodnotu,“ řekl Dr. Quan.

Podle statistik je Vietnam druhým největším producentem rýže na světě s odhadovanou průměrnou produkcí přibližně 44 milionů tun ročně a obsahem slupek asi 20–22 %, tedy téměř 9 milionů tun.

Docentka Dr. Le My Loan Phung strávila šest let studiem a výzkumem v oblasti dobíjecích baterií ve Francii a devět let prací na projektech souvisejících s elektrochemickými bateriemi. Byla pozvána k účasti na výzkumu v Ústavu materiálové chemie a inženýrství na Univerzitě Kjúšú v Japonsku, kde se zaměřila na elektrolyty pro baterie a vývoj pokročilých materiálů pro baterie (Consortium Battery Material Research) v Národní laboratoři Pacifického severozápadu (USA). Lékařka se zúčastnila a vedla devět výzkumných projektů, publikovala 80 mezinárodních a 60 domácích článků a získala řadu cenných ocenění a stipendií od prestižních organizací.

vnexpress.net