Vietnamesischer Wissenschaftler nutzt Reishülsen zur Herstellung von wiederaufladbaren Batterien.

Việt Nam•03/08/2023

Das Forschungsteam um Associate Professor Dr. Le My Loan Phung nutzte Reishülsen, um ein Material zur Herstellung kostengünstiger Lithium-Ionen-Batterien zu entwickeln.

Die Forschung wurde seit 2020 von Assoc. Prof. Dr. Le My Loan Phung, Fakultät für Naturwissenschaften , Vietnam National University Ho Chi Minh City (APCLab), und ihren Kollegen geleitet.

Sie erklärte, dass Reishülsen durchschnittlich etwa 10,6 % Siliciumdioxid (SiO₂) enthalten. Dies ist ein wichtiger Bestandteil, der zur Herstellung von Lithium-Ionen-Akkus verwendet werden kann. Die Gruppe beantragte und erhielt Fördermittel vom Vingroup Innovation Fund (VinIF), um ein Verfahren zur Synthese von Elektrodenmaterialien aus Reishülsen zu erforschen und damit Prototypen von 4-V-Lithium-Ionen-Akkus in Knopfzellen- und Pouchzellenform herzustellen. Knopfzellen werden in Uhren, Herzfrequenzmessern und PCs verwendet, während Pouchzellen in Handys und anderen kompakten elektronischen Geräten zum Einsatz kommen.

*Dr. Phung arbeitet in einer Vakuumkammer und montiert Knopfzellenbatterien. Foto: Zur Verfügung gestellt vom Interviewpartner.*

Das Forschungsteam bezog Reishülsen aus dem Bezirk Tan Tru (Provinz Long An), wusch und trocknete sie und erhitzte sie anschließend eine Stunde lang unter Schutzgasatmosphäre. Die Reishülsenasche wurde fein vermahlen und mit festem Kaliumhydroxid (KOH) vermischt. Diese Mischung wurde erneut unter Schutzgasatmosphäre erhitzt, vermahlen und gewaschen. Nach dem Trocknen ist das Endprodukt ein dunkelgraues, trockenes Pulver, auch bekannt als Kohlenstoffsilikat (C/SiO₂)-Verbundwerkstoff.

Das Team entwickelte ein Syntheseverfahren, mit dem sich aus 1 kg Reishülsen 350 g C/SiO₂-Material zu einem Verkaufspreis von etwa 50 US-Dollar pro 1000 g herstellen lassen. Nach zweijähriger experimenteller Produktion beherrscht das Forschungsteam die Technologie zur Montage vollständiger Knopfzellen und Pouch-Batterien aus C/SiO₂-Material von Reishülsen.

*Schema des Herstellungsprozesses von Siliciumdioxidmaterial. Foto: Forschungsteam*

Professor Phung erklärte, dass Siliciumdioxid eine poröse Struktur aufweist, die es Lithiumionen ermöglicht, sich innerhalb der Struktur zu bewegen und zu verhaken, um so elektrische Energie zu erzeugen. APCLab nutzt diese Eigenschaft des Materials, um eine geeignete Struktur für verschiedene wiederaufladbare Batterien zu entwickeln. Je nach Energietyp der jeweiligen Batterie wird das Material so ausgelegt, dass die benötigte Menge berechnet wird. Typischerweise benötigt eine Knopfzelle nur wenige zehn Milligramm Reishülsen, während größere Batterien etwa 10–20 Gramm benötigen.

Die meisten derzeit auf dem Markt erhältlichen Akkus bestehen aus Graphit, einem aus Kohleerz gewonnenen und verarbeiteten Material. Dieses Material kostet etwa 100 US-Dollar pro 100 Gramm, und die Gewinnung kann Umweltverschmutzung verursachen.

Dr. Phung kam zu dem Schluss, dass Siliciumdioxid das Potenzial besitzt, Graphit hinsichtlich Kosten, Effizienz und Umweltschutz vollständig zu ersetzen. Dies erweitert den potenziell lukrativen Markt für Reishülsen und bringt den Landwirten erhebliche Gewinne.

Zukünftig plant das Forschungsteam, das Produkt hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit zu optimieren. Aktuellen Schätzungen zufolge könnten Knopfzellen aus Reishülsen für 7–8 US-Dollar pro Stück und Beutelbatterien für 30 US-Dollar pro Stück verkauft werden.

*Knopfzellen aus Reishülsen werden derzeit im Rahmen eines Versuchs hergestellt. Foto: Forschungsteam*

Dr. Nguyen Dinh Quan, außerordentlicher Professor und Leiter des Labors für Biokraftstoffe und Biomasse an der Technischen Universität Ho-Chi-Minh-Stadt (Vietnam National University), stellte fest, dass Siliciumdioxid aufgrund seiner Fähigkeit, die Batteriekapazität um ein Vielfaches zu erhöhen, als Zusatzstoff für Lithium-Ionen-Akkus bekannt ist. Ein Nachteil besteht in der Neigung der Elektroden zur Volumenausdehnung, die jedoch durch die Verwendung von Siliciumdioxid-Nanopartikeln kompensiert werden kann. APCLab verfolgt ähnliche Forschungsansätze weltweit, um geformtes Siliciumdioxid aus Reishülsen als Zusatzstoff für Batterieelektroden zu nutzen. Das Siliciumdioxid in Reishülsen ist in geringer Dichte dispergiert; bei der thermischen Zersetzung der Reishülsen entsteht ein Gemisch aus karbonisiertem Kohlenstoff und Siliciumdioxid-Nanopartikeln.

„Diese Methode ist einfach, aber hochwirksam, und sie könnte einem Reisproduktionsland wie Vietnam helfen, einen erheblichen Mehrwert zu schaffen, wenn das Forschungsprojekt erfolgreich ist“, sagte Dr. Quan.

Laut Statistiken ist Vietnam der zweitgrößte Reisproduzent der Welt mit einer geschätzten durchschnittlichen Produktion von rund 44 Millionen Tonnen pro Jahr und einem Spelzenanteil von etwa 20-22 %, was fast 9 Millionen Tonnen entspricht.

Privatdozentin Dr. Le My Loan Phung verbrachte sechs Jahre mit Studium und Forschung auf dem Gebiet wiederaufladbarer Batterien in Frankreich und neun Jahre mit der Arbeit an Projekten im Bereich elektrochemischer Batterien. Sie wurde eingeladen, am Institut für Materialchemie und Werkstofftechnik der Kyushu-Universität in Japan an der Erforschung von Elektrolyten für Batterien und der Entwicklung fortschrittlicher Batteriematerialien (Konsortium für Batteriematerialforschung) am Pacific Northwest National Laboratory (USA) mitzuwirken. Die Doktorin hat an neun Forschungsprojekten teilgenommen und diese geleitet, 80 internationale und 60 nationale Artikel veröffentlicht und zahlreiche wertvolle Auszeichnungen und Stipendien von renommierten Organisationen erhalten.

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