Aprovechando la cáscara de arroz, el equipo de investigación del Profesor Asociado. El Dr. Le My Loan Phung diseña materiales para fabricar baterías de iones de litio a bajo coste.
La investigación fue dirigida por el profesor asociado, Dr. Le My Loan Phung, de la Universidad de Ciencias, Universidad Nacional de Vietnam, Ciudad Ho Chi Minh (APCLab) y colegas desde 2020.
Dijo que las cáscaras de arroz contienen un contenido promedio de sílice (SiO2) de alrededor del 10,6%. Este es un componente importante que se puede utilizar para fabricar baterías recargables de iones de litio. El grupo propuso y fue patrocinado por el Fondo de Innovación Vingroup (VinIF) para investigar el proceso de síntesis de materiales de electrodos a partir de cáscaras de arroz para producir experimentalmente baterías recargables de iones de litio de 4 V en formato de celdas tipo moneda y tipo bolsa. Las pilas de botón se utilizan en relojes, monitores de frecuencia cardíaca, ordenadores personales y baterías de bolsillo para teléfonos y pequeños dispositivos eléctricos.
El Dr. Phung trabaja en una cámara de vacío, en el proceso de ensamblaje de baterías de botón. Foto: NVCC
El equipo de investigación tomó cáscaras de arroz del distrito de Tan Tru (Long An), las lavó, las secó, luego las calentó durante una hora en una atmósfera inerte, las molió hasta obtener ceniza fina de cáscara de arroz y las mezcló con hidróxido de potasio sólido (KOH). Luego esta mezcla se calienta en atmósfera inerte, se muele y se lava. Después del paso de secado, el producto final es un polvo seco de color gris oscuro, también conocido como material compuesto de sílice y carbono (C/SiO2).
El grupo ha construido un proceso de síntesis a partir de 1 kg de cáscara de arroz que puede producir 350 g de material C/SiO2, con un precio de venta de unos 50 USD/1000 gr. Después de dos años de producción de prueba, el equipo de investigación logró dominar la tecnología de ensamblaje de baterías de botón y de bolsillo completas utilizando material C/SiO2 de cáscaras de arroz.
Diagrama de flujo del proceso de fabricación de material de sílice. Foto: Equipo de investigación
El profesor asociado Phung dijo que el material de sílice es poroso, lo que permite que los iones de litio se muevan y se entrelacen en la estructura para convertirse en electricidad. APCLab aprovecha esta propiedad del material para diseñar una estructura adecuada para aplicaciones de baterías recargables. Dependiendo de la forma de energía de cada tipo de batería, se diseña el material para calcular la cantidad utilizada. Normalmente, cada batería de botón solo necesita unas pocas docenas de mg de cáscara de arroz; si la batería es más grande, necesita alrededor de 10 a 20 g.
Actualmente, la mayoría de las baterías recargables que se encuentran en el mercado están hechas de material de grafito extraído y refinado del mineral de carbón. Este material cuesta alrededor de 100 USD/100 gr y el paso de buscar materias primas puede provocar contaminación ambiental.
El Dr. Phung evaluó que el material de sílice tiene el potencial de reemplazar completamente el material de grafito en términos de costo, eficiencia y protección ambiental. Esto amplía el mercado potencial de cáscaras de arroz y genera grandes ganancias para los agricultores.
En el futuro, el equipo de investigación planea optimizar el cálculo del producto en función del coste económico. Según las estimaciones actuales, las pilas de botón fabricadas con cáscaras de arroz se pueden vender a 7-8 dólares cada una, y las de bolsillo a 30 dólares cada una.
Se prueban pilas de botón hechas de cáscara de arroz. Foto: Equipo de investigación
El Profesor Asociado, Dr. Nguyen Dinh Quan, Jefe del Laboratorio de Biocombustibles y Biomasa, Universidad de Tecnología, Universidad Nacional de Vietnam, Ciudad Ho Chi Minh, evaluó que se sabe que la sílice puede usarse como aditivo para electrodos de baterías recargables de iones de litio debido a su capacidad para aumentar la capacidad de la batería muchas veces. Su desventaja es que el electrodo es susceptible a la expansión de volumen, pero esto se puede superar utilizando partículas de sílice de tamaño nanométrico. APCLab ha adoptado investigaciones similares en todo el mundo para aplicar sílice moldeada en cáscaras de arroz como aditivo para electrodos de batería. La sílice en las cáscaras de arroz se dispersa a baja densidad, cuando las cáscaras de arroz se pirolizan, formarán una mezcla de carbono carbonizado que combina la estructura con sílice de tamaño nanométrico.
"Este método es simple pero muy efectivo, y puede ayudar a una potencia arrocera como Vietnam a generar un alto valor agregado si el proyecto de investigación tiene éxito", afirmó el Dr. Quan.
Según las estadísticas, Vietnam es el segundo mayor país productor de arroz del mundo, con una producción promedio estimada de alrededor de 44 millones de toneladas/año, la proporción de cáscara de arroz es de alrededor del 20-22%, o casi 9 millones de toneladas.
El profesor asociado, Dr. Le My Loan Phung, pasó 6 años estudiando e investigando en el campo de las baterías recargables en Francia y 9 años trabajando en temas relacionados con las baterías electroquímicas. Fue invitada a participar en una investigación en el Instituto de Química e Ingeniería de Materiales – Universidad de Kyushu, Japón, en el proyecto de electrolitos para baterías y en el proyecto de desarrollo de materiales avanzados para baterías (Consortium Battery Material Research) en el Laboratorio Nacional del Pacífico Noroeste (EE.UU.). La médica participó y dirigió 9 temas de investigación, publicó 80 artículos internacionales y 60 artículos nacionales y recibió numerosos premios y becas valiosos de prestigiosas organizaciones.
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