Un scientifique vietnamien utilise la balle de riz pour créer des batteries rechargeables.

Việt Nam•03/08/2023

En utilisant des balles de riz, l'équipe de recherche dirigée par le professeur agrégé Dr. Le My Loan Phung a conçu un matériau pour la fabrication de batteries Li-ion à faible coût.

Ces recherches ont été menées depuis 2020 par la professeure agrégée Dr Le My Loan Phung, de la Faculté des sciences de l'Université nationale du Vietnam à Hô Chi Minh-Ville (APCLab), et ses collègues.

Elle a expliqué que les balles de riz contiennent en moyenne 10,6 % de silice (SiO₂). Ce composant important peut être utilisé pour fabriquer des batteries rechargeables lithium-ion. L'équipe a proposé, et obtenu un financement du Fonds d'innovation Vingroup (VinIF), de développer un procédé de synthèse de matériaux d'électrode à partir de balles de riz afin de produire des prototypes de batteries rechargeables lithium-ion 4 V sous forme de piles boutons et de piles souples. Les piles boutons sont utilisées dans les montres, les moniteurs de fréquence cardiaque, les ordinateurs personnels et les piles souples pour téléphones et autres appareils électroniques compacts.

*Le Dr Phung travaille dans une chambre à vide, où il assemble des piles boutons. Photo : Fournie par la personne interviewée.*

L'équipe de recherche s'est procurée des balles de riz dans le district de Tan Tru (province de Long An), les a lavées et séchées, puis les a chauffées pendant une heure sous atmosphère inerte. Elles ont ensuite été finement broyées en cendres et mélangées à de l'hydroxyde de potassium solide (KOH). Ce mélange a été de nouveau chauffé sous atmosphère inerte, broyé et lavé. Après séchage, le produit final est une poudre sèche gris foncé, également connue sous le nom de matériau composite de silicate de carbone (C/SiO₂).

L'équipe a mis au point un procédé de synthèse permettant de produire 350 g de matériau C/SiO2 à partir d'1 kg de balle de riz, pour un prix de vente d'environ 50 $/1000 g. Après deux ans de production expérimentale, l'équipe de recherche maîtrise désormais la technologie d'assemblage de piles boutons et de batteries à poche complètes à partir de ce matériau C/SiO2 issu de la balle de riz.

*Schéma du procédé de fabrication du matériau à base de silice. Photo : Équipe de recherche*

Le professeur associé Phung a expliqué que la silice possède une structure poreuse qui permet aux ions lithium de se déplacer et de s'imbriquer au sein de cette structure pour être convertis en énergie électrique. APCLab exploite cette propriété du matériau pour concevoir une structure adaptée à diverses applications de batteries rechargeables. En fonction du type d'énergie de chaque batterie, le matériau est conçu pour calculer la quantité nécessaire. Généralement, une pile bouton ne nécessite que quelques dizaines de milligrammes de balle de riz, tandis que les batteries plus grandes en requièrent environ 10 à 20 grammes.

Actuellement, la plupart des batteries rechargeables disponibles sur le marché sont fabriquées à partir de graphite, un matériau extrait et raffiné du minerai de charbon. Ce matériau coûte environ 100 dollars les 100 grammes, et son extraction peut engendrer une pollution environnementale.

Le Dr Phung a estimé que la silice pourrait remplacer complètement le graphite en termes de coût, d'efficacité et de respect de l'environnement. Ceci élargit le marché potentiellement lucratif des balles de riz et génère des profits substantiels pour les agriculteurs.

À l'avenir, l'équipe de recherche prévoit d'optimiser le produit en fonction de son coût. Selon les estimations actuelles, les piles boutons fabriquées à partir de balles de riz pourraient se vendre entre 7 et 8 dollars l'unité, et les piles en sachet à 30 dollars l'unité.

*Des piles boutons fabriquées à partir de balles de riz sont actuellement produites à titre expérimental. Photo : Équipe de recherche*

Le professeur agrégé Nguyen Dinh Quan, directeur du Laboratoire des biocarburants et de la biomasse de l'Université de technologie de l'Université nationale du Vietnam à Hô Chi Minh-Ville, a constaté que la silice est un additif reconnu pour les électrodes des batteries rechargeables lithium-ion, car elle permet d'augmenter considérablement leur capacité. Son principal inconvénient réside dans la dilatation volumique des électrodes, un problème qui peut être résolu grâce à l'utilisation de nanoparticules de silice. Le laboratoire APCLab a mené des recherches similaires à l'échelle mondiale afin d'utiliser la silice extraite de la balle de riz comme additif pour les électrodes de batteries. La silice contenue dans la balle de riz est dispersée à faible densité ; lors de la décomposition thermique de cette dernière, elle forme un mélange de carbone carbonisé et de silice nanométrique.

« Cette méthode est simple mais très efficace, et elle pourrait aider un grand producteur de riz comme le Vietnam à créer une valeur ajoutée significative si le projet de recherche aboutit », a déclaré le Dr Quan.

Selon les statistiques, le Vietnam est le deuxième producteur mondial de riz, avec une production moyenne estimée à environ 44 millions de tonnes par an et une teneur en enveloppe d'environ 20 à 22 %, soit près de 9 millions de tonnes.

La professeure agrégée Le My Loan Phung a consacré six années à l'étude et à la recherche sur les batteries rechargeables en France, puis neuf années à des projets liés aux batteries électrochimiques. Elle a été invitée à participer à des recherches à l'Institut de chimie et d'ingénierie des matériaux de l'Université de Kyushu, au Japon, sur les électrolytes pour batteries et le développement de matériaux avancés pour batteries (Consortium de recherche sur les matériaux pour batteries) au Laboratoire national du Pacifique Nord-Ouest (États-Unis). Cette docteure a participé à neuf projets de recherche, dont elle a parfois été directrice, a publié 80 articles dans des revues internationales et 60 dans des revues nationales, et a reçu de nombreuses distinctions et bourses d'organismes prestigieux.

Un scientifique vietnamien utilise la balle de riz pour créer des batteries rechargeables.

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