מדען וייטנאמי משתמש בקליפת אורז כדי ליצור סוללות נטענות.

Việt Nam•03/08/2023

צוות המחקר בראשות פרופסור חבר ד"ר לה מיי לואן פונג תכנן חומר לייצור סוללות ליתיום-יון בעלות נמוכה, תוך שימוש בקליפות אורז.

המחקר נוהל על ידי פרופ' חבר ד"ר לה מיי לואן פונג, מהפקולטה למדעים , האוניברסיטה הלאומית של וייטנאם בהו צ'י מין סיטי (APCLab), ועמיתיה מאז 2020.

היא הסבירה שקליפות אורז מכילות תכולת סיליקה (SiO2) ממוצעת של כ-10.6%. זהו מרכיב חשוב שניתן להשתמש בו לייצור סוללות נטענות ליתיום-יון. הקבוצה הציעה, וקיבלה מימון מקרן החדשנות Vingroup (VinIF), לחקור תהליך לסינתזה של חומרי אלקטרודה מקליפות אורז לייצור סוללות נטענות ליתיום-יון 4V ניסיוניות בצורת תאי כפתור וסוללות נרתיק. סוללות כפתור משמשות בשעונים, מדי דופק, מחשבים אישיים וסוללות נרתיק לטלפונים ולמכשירים אלקטרוניים קומפקטיים אחרים.

*ד"ר פונג עובד בתא ואקום, ומרכיב סוללות כפתור. צילום: סופק על ידי המרואיין.*

צוות המחקר אסף קליפות אורז ממחוז טאן טרו (פרובינציית לונג אן), שטף וייבש אותן, ולאחר מכן חימם אותן במשך שעה בתנאי גז אינרטי. הן נגרסו דק לאפר קליפות אורז ועורבבו עם אשלגן הידרוקסיד מוצק (KOH). תערובת זו חוממה שוב בתנאי גז אינרטי, נטחנה ונשטפה. לאחר הייבוש, התוצר הסופי הוא אבקה יבשה בצבע אפור כהה, המכונה גם חומר מרוכב פחמן סיליקט (C/SiO2).

הצוות פיתח תהליך סינתזה שיכול לייצר 350 גרם של חומר C/SiO2 מק"ג אחד של קליפות אורז, במחיר מכירה של כ-50 דולר ל-1000 גרם. לאחר שנתיים של ייצור ניסיוני, צוות המחקר שלט בטכנולוגיה להרכבת סוללות כפתור וסוללות שקית שלמות באמצעות חומר C/SiO2 מקליפת אורז.

*תרשים של תהליך ייצור חומר הסיליקה. צילום: צוות המחקר*

פרופסור חבר פונג הסביר כי לחומר סיליקה יש מבנה נקבובי המאפשר ליוני ליתיום לנוע ולהשתלב בתוך המבנה כדי להמיר אותו לאנרגיה חשמלית. APCLab מנצלת תכונה זו של החומר כדי לתכנן מבנה מתאים למגוון יישומי סוללות נטענות. בהתאם לסוג האנרגיה של כל סוללה, החומר מתוכנן לחשב את הכמות הדרושה. בדרך כלל, כל סוללת כפתור דורשת רק כמה עשרות מיליגרם של קליפת אורז, בעוד שסוללות גדולות יותר דורשות כ-10-20 גרם.

כיום, רוב הסוללות הנטענות בשוק עשויות מגרפיט, חומר המופק ומזוקק מעפרות פחם. חומר זה עולה כ-100 דולר ל-100 גרם, ותהליך הייצור עלול לגרום לזיהום סביבתי.

ד"ר פונג העריך כי לחומר סיליקה יש פוטנציאל להחליף לחלוטין את חומר הגרפיט מבחינת עלות, יעילות והגנה על הסביבה. דבר זה מרחיב את השוק הפוטנציאלי הרווחי לקליפות אורז ומביא רווחים משמעותיים לחקלאים.

בעתיד, צוות המחקר מתכנן לייעל את המוצר על סמך עלות כלכלית . על פי ההערכות הנוכחיות, סוללות כפתור העשויות מקליפות אורז יוכלו להימכר במחיר של 7-8 דולר כל אחת, וסוללות שקית במחיר של 30 דולר כל אחת.

*סוללות כפתור העשויות מקליפות אורז מיוצרות במסגרת ניסוי. צילום: צוות המחקר*

פרופסור חבר ד"ר נגוין דין קוואן, ראש מעבדת הדלק הביולוגי והביומסה באוניברסיטה הטכנולוגית של האוניברסיטה הלאומית של וייטנאם, הו צ'י מין סיטי, העריך כי סיליקה ידועה כתוסף לאלקטרודות של סוללות נטענות ליתיום-יון בשל יכולתה להגדיל את קיבולת הסוללה פי כמה. חסרונה הוא שהאלקטרודות נוטות להתפשטות נפח, אך ניתן להתגבר על כך באמצעות שימוש בחלקיקי סיליקה בגודל ננומטרי. APCLab אימצה מחקר דומה ברחבי העולם כדי להשתמש בסיליקה מעוצבת מקליפות אורז כתוסף לאלקטרודות סוללה. סיליקה בקליפות אורז מתפזרת בצפיפות נמוכה; כאשר קליפות האורז מתפרקות תרמית, הן יוצרות תערובת של פחמן מפוחם עם סיליקה בגודל ננומטרי.

"שיטה זו פשוטה אך יעילה ביותר, והיא יכולה לעזור למעצמה לייצור אורז כמו וייטנאם ליצור ערך מוסף משמעותי אם פרויקט המחקר יצליח", אמר ד"ר קוואן.

על פי הסטטיסטיקה, וייטנאם היא יצרנית האורז השנייה בגודלה בעולם, עם תפוקה ממוצעת מוערכת של כ-44 מיליון טון בשנה, ותכולת קליפות של כ-20-22%, או כמעט 9 מיליון טון.

פרופסור חבר ד"ר לה מיי לואן פונג בילתה שש שנים בלימודים ומחקר בתחום הסוללות הנטענות בצרפת ותשע שנים בעבודה על פרויקטים הקשורים לסוללות אלקטרוכימיות. היא הוזמנה להשתתף במחקר במכון לכימיה והנדסת חומרים - אוניברסיטת קיושו, יפן, בנושא אלקטרוליטים לסוללות ופיתוח חומרים מתקדמים לסוללות (קונסורציום מחקר חומרי סוללות) במעבדה הלאומית של צפון מערב האוקיינוס השקט (ארה"ב). הרופאה השתתפה והובילה תשעה פרויקטי מחקר, פרסמה 80 מאמרים בינלאומיים ו-60 מאמרים מקומיים, וקיבלה פרסים ומלגות יקרי ערך רבים מארגונים יוקרתיים.

vnexpress.net