دانشمند ویتنامی با استفاده از پوسته برنج، باتریهای قابل شارژ تولید کرد.
Việt Nam•03/08/2023
تیم تحقیقاتی به رهبری دانشیار دکتر لو مای لون فونگ، با استفاده از پوسته برنج، مادهای را برای تولید باتریهای لیتیوم-یونی کمهزینه طراحی کردند.
این تحقیق توسط دانشیار دکتر لو مای لون فونگ، دانشکده علوم ، دانشگاه ملی ویتنام، شهر هوشی مین (APCLab) و همکارانش از سال ۲۰۲۰ رهبری شده است.
او توضیح داد که پوسته برنج حاوی میانگین حدود 10.6٪ سیلیس (SiO2) است. این یک جزء مهم است که میتواند برای تولید باتریهای قابل شارژ لیتیوم-یونی استفاده شود. این گروه پیشنهاد داد و از صندوق نوآوری وینگروپ (VinIF) بودجهای دریافت کرد تا فرآیندی را برای سنتز مواد الکترود از پوسته برنج برای تولید باتریهای قابل شارژ لیتیوم-یونی 4 ولتی آزمایشی در قالب باتریهای دکمهای و باتریهای کیسهای تحقیق کند. باتریهای دکمهای در ساعتها، مانیتورهای ضربان قلب، رایانههای شخصی و باتریهای کیسهای برای تلفنها و سایر دستگاههای الکترونیکی فشرده استفاده میشوند.
دکتر فونگ در یک محفظه خلاء کار میکند و باتریهای دکمهای را مونتاژ میکند. عکس: ارائه شده توسط مصاحبهشونده.
تیم تحقیقاتی پوسته برنج را از منطقه تان ترو (استان لونگ آن) تهیه کردند، آنها را شستند و خشک کردند، سپس به مدت یک ساعت در شرایط گاز بیاثر حرارت دادند. آنها به خوبی آسیاب شده و به خاکستر پوسته برنج تبدیل شدند و با هیدروکسید پتاسیم جامد (KOH) مخلوط شدند. سپس این مخلوط دوباره در شرایط گاز بیاثر حرارت داده شد، آسیاب و شسته شد. پس از خشک شدن، محصول نهایی یک پودر خشک خاکستری تیره است که به عنوان ماده کامپوزیت سیلیکات کربن (C/SiO2) نیز شناخته میشود.
این تیم یک فرآیند سنتز توسعه داد که میتواند ۳۵۰ گرم ماده C/SiO2 را از ۱ کیلوگرم پوسته برنج تولید کند، با قیمت فروش تقریباً ۵۰ دلار در هر ۱۰۰۰ گرم. پس از دو سال تولید آزمایشی، تیم تحقیقاتی به فناوری مونتاژ کامل باتریهای دکمهای و کیسهای با استفاده از ماده C/SiO2 از پوسته برنج دست یافته است.
نمودار فرآیند ساخت مواد سیلیسی. عکس: تیم تحقیقاتی
دانشیار فونگ توضیح داد که ماده سیلیس دارای ساختار متخلخلی است که به یونهای لیتیوم اجازه میدهد در داخل ساختار حرکت کرده و به هم متصل شوند تا به انرژی الکتریکی تبدیل شوند. APCLab از این ویژگی ماده برای طراحی ساختار مناسب برای کاربردهای مختلف باتری قابل شارژ استفاده میکند. بسته به نوع انرژی هر باتری، این ماده برای محاسبه مقدار مورد نیاز طراحی شده است. به طور معمول، هر باتری سلولی دکمهای فقط به چند ده میلیگرم پوسته برنج نیاز دارد، در حالی که باتریهای بزرگتر به حدود 10 تا 20 گرم نیاز دارند.
در حال حاضر، اکثر باتریهای قابل شارژ موجود در بازار از گرافیت ساخته میشوند، مادهای که از سنگ معدن زغال سنگ استخراج و تصفیه میشود. این ماده تقریباً ۱۰۰ گرم قیمت دارد و فرآیند تهیه آن میتواند باعث آلودگی محیط زیست شود.
دکتر فونگ ارزیابی کرد که ماده سیلیس از نظر هزینه، کارایی و حفاظت از محیط زیست، پتانسیل جایگزینی کامل ماده گرافیت را دارد. این امر بازار بالقوه پرسود پوسته برنج را گسترش میدهد و سود قابل توجهی را برای کشاورزان به ارمغان میآورد.
در آینده، تیم تحقیقاتی قصد دارد محصول را بر اساس هزینه اقتصادی بهینه کند. طبق برآوردهای فعلی، باتریهای دکمهای ساخته شده از پوسته برنج میتوانند هر کدام ۷ تا ۸ دلار و باتریهای کیسهای هر کدام ۳۰ دلار فروخته شوند.
باتریهای دکمهای ساخته شده از پوسته برنج به صورت آزمایشی تولید میشوند. عکس: تیم تحقیقاتی
دکتر نگوین دین کوان، دانشیار و رئیس آزمایشگاه سوختهای زیستی و زیستتوده در دانشگاه فناوری، دانشگاه ملی ویتنام، شهر هوشی مین، ارزیابی کرد که سیلیس به دلیل تواناییاش در افزایش چند برابری ظرفیت باتری، به عنوان یک افزودنی برای الکترودهای باتریهای قابل شارژ لیتیوم-یون شناخته میشود. عیب آن این است که الکترودها مستعد انبساط حجمی هستند، اما میتوان با استفاده از ذرات سیلیس در اندازه نانو بر این مشکل غلبه کرد. APCLab تحقیقات مشابهی را در سراسر جهان برای استفاده از سیلیس شکلدار از پوسته برنج به عنوان افزودنی الکترود باتری انجام داده است. سیلیس موجود در پوسته برنج با چگالی کم پراکنده میشود. هنگامی که پوسته برنج از نظر حرارتی تجزیه میشود، مخلوطی از کربن کربنیزه شده با سیلیس در اندازه نانو تشکیل میدهد.
دکتر کوان گفت: «این روش ساده اما بسیار مؤثر است و در صورت موفقیتآمیز بودن پروژه تحقیقاتی، میتواند به یک نیروگاه تولیدکننده برنج مانند ویتنام کمک کند تا ارزش افزوده قابل توجهی ایجاد کند.»
طبق آمار، ویتنام دومین تولیدکننده بزرگ برنج در جهان است که میانگین تولید آن تقریباً ۴۴ میلیون تن در سال و میزان پوسته آن حدود ۲۰ تا ۲۲ درصد یا نزدیک به ۹ میلیون تن است.
دانشیار دکتر لو مای لوآن فونگ شش سال در فرانسه به مطالعه و تحقیق در زمینه باتریهای قابل شارژ و نه سال به کار بر روی پروژههای مربوط به باتریهای الکتروشیمیایی پرداخت. از او دعوت شد تا در تحقیقات موسسه شیمی و مهندسی مواد - دانشگاه کیوشو، ژاپن، در مورد الکترولیتهای باتریها و توسعه مواد پیشرفته برای باتریها (تحقیقات مواد باتری کنسرسیوم) در آزمایشگاه ملی شمال غربی اقیانوس آرام (ایالات متحده آمریکا) شرکت کند. این پزشک زن در نه پروژه تحقیقاتی شرکت و رهبری کرده، 80 مقاله بینالمللی و 60 مقاله داخلی منتشر کرده و جوایز و بورسیههای ارزشمند متعددی از سازمانهای معتبر دریافت کرده است.
vnexpress.net
نظر (0)
محبوبترین
جدیدترین
لطفاً نظر دهید تا احساسات خود را با ما به اشتراک بگذارید!
نظر (0)