Un científico vietnamita utiliza cáscara de arroz para crear baterías recargables.

Việt Nam•03/08/2023

Utilizando cáscaras de arroz, el equipo de investigación dirigido por la profesora asociada Dra. Le My Loan Phung diseñó un material para la fabricación de baterías de iones de litio de bajo coste.

La investigación fue dirigida por la Dra. Le My Loan Phung, profesora asociada de la Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional de Vietnam en Ciudad Ho Chi Minh (APCLab), y sus colegas desde 2020.

Explicó que la cáscara de arroz contiene un contenido promedio de sílice (SiO2) de aproximadamente el 10,6 %. Este es un componente importante que puede utilizarse para fabricar baterías recargables de iones de litio. El grupo propuso, y recibió financiación del Fondo de Innovación Vingroup (VinIF), investigar un proceso para sintetizar materiales de electrodo a partir de cáscara de arroz para producir baterías recargables de iones de litio de 4 V de prueba en formato de pila de botón y de bolsa. Las pilas de botón se utilizan en relojes, monitores de frecuencia cardíaca y ordenadores personales, mientras que las baterías de bolsa se utilizan en teléfonos y otros dispositivos electrónicos compactos.

*El Dr. Phung trabaja en una cámara de vacío ensamblando pilas de botón. Foto: Proporcionada por el entrevistado.*

El equipo de investigación obtuvo cáscaras de arroz del distrito de Tan Tru (provincia de Long An), las lavó y secó, y luego las calentó durante una hora en atmósfera inerte. Posteriormente, las molió finamente hasta obtener ceniza de cáscara de arroz y las mezcló con hidróxido de potasio sólido (KOH). Esta mezcla se calentó nuevamente en atmósfera inerte, se molió y se lavó. Tras el secado, el producto final es un polvo seco de color gris oscuro, también conocido como material compuesto de silicato de carbono (C/SiO2).

El equipo desarrolló un proceso de síntesis capaz de producir 350 g de material C/SiO2 a partir de 1 kg de cáscara de arroz, con un precio de venta aproximado de 50 dólares por cada 1000 g. Tras dos años de producción experimental, el equipo de investigación ha perfeccionado la tecnología para ensamblar pilas de botón y baterías tipo bolsa completas utilizando material C/SiO2 derivado de la cáscara de arroz.

*Diagrama del proceso de fabricación del material de sílice. Foto: Equipo de investigación*

El profesor asociado Phung explicó que el material de sílice tiene una estructura porosa que permite que los iones de litio se muevan y se entrelacen dentro de la estructura para convertirlos en energía eléctrica. APCLab utiliza esta propiedad del material para diseñar una estructura adecuada para diversas aplicaciones de baterías recargables. Dependiendo del tipo de energía de cada batería, el material se diseña para calcular la cantidad necesaria. Por lo general, cada pila de botón solo requiere unas pocas decenas de miligramos de cáscara de arroz, mientras que las baterías más grandes requieren entre 10 y 20 gramos.

Actualmente, la mayoría de las baterías recargables del mercado están hechas de grafito, un material que se extrae y refina del mineral de carbón. Este material cuesta aproximadamente 100 dólares por cada 100 gramos, y su extracción puede causar contaminación ambiental.

El Dr. Phung evaluó que el material de sílice tiene el potencial de reemplazar por completo al grafito en términos de costo, eficiencia y protección ambiental. Esto amplía el mercado potencialmente lucrativo de la cáscara de arroz y genera importantes ganancias para los agricultores.

En el futuro, el equipo de investigación planea optimizar el producto en función del costo económico . Según las estimaciones actuales, las pilas de botón hechas de cáscara de arroz podrían venderse a 7 u 8 dólares cada una, y las pilas tipo bolsa a 30 dólares cada una.

*Se están produciendo pilas de botón hechas de cáscara de arroz a modo de prueba. Foto: Equipo de investigación*

El Dr. Nguyen Dinh Quan, profesor asociado y jefe del Laboratorio de Biocombustibles y Biomasa de la Universidad de Tecnología de la Universidad Nacional de Vietnam en Ciudad Ho Chi Minh, señaló que la sílice es un aditivo conocido para los electrodos de baterías recargables de iones de litio debido a su capacidad para aumentar considerablemente la capacidad de la batería. Su desventaja radica en la expansión volumétrica de los electrodos, un problema que puede superarse mediante el uso de nanopartículas de sílice. APCLab ha adoptado una investigación similar a nivel mundial para utilizar sílice moldeada a partir de cáscaras de arroz como aditivo para electrodos de baterías. La sílice presente en las cáscaras de arroz se encuentra dispersa a baja densidad; al descomponerse térmicamente, las cáscaras forman una mezcla de carbono carbonizado con nanopartículas de sílice.

"Este método es sencillo pero muy eficaz, y podría ayudar a una potencia productora de arroz como Vietnam a generar un valor añadido significativo si el proyecto de investigación tiene éxito", dijo el Dr. Quan.

Según las estadísticas, Vietnam es el segundo mayor productor de arroz del mundo, con una producción media estimada de aproximadamente 44 millones de toneladas al año y un contenido de cáscara de entre el 20% y el 22%, o casi 9 millones de toneladas.

La Dra. Le My Loan Phung, profesora asociada, dedicó seis años al estudio e investigación de baterías recargables en Francia y nueve años a proyectos relacionados con baterías electroquímicas. Fue invitada a participar en una investigación en el Instituto de Química e Ingeniería de Materiales de la Universidad de Kyushu, Japón, sobre electrolitos para baterías y desarrollo de materiales avanzados para baterías (Consorcio de Investigación de Materiales para Baterías) en el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico (EE. UU.). Esta doctora ha participado y liderado nueve proyectos de investigación, ha publicado 80 artículos internacionales y 60 nacionales, y ha recibido numerosos premios y becas de prestigiosas organizaciones.

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