ベトナムの科学者が籾殻を使って充電式電池を作る

籾殻を活用する、准教授の研究チーム。 Le My Loan Phung博士は、低コストでリチウムイオン電池を製造するための材料を設計しています。

この研究は、ベトナム国家大学ホーチミン市理科大学（APCLab）のLe My Loan Phung准教授と同僚によって2020年から主導されてきた。

彼女によると、米のもみ殻には平均して約10.6%のシリカ（SiO2）が含まれているという。これは、リチウムイオン充電式バッテリーの製造に使用できる重要なコンポーネントです。同グループは、コイン型セルとポーチ型セルの形で4Vのリチウムイオン充電式バッテリーを実験的に生産するために、籾殻から電極材料を合成するプロセスを研究することを提案し、Vingroup Innovation Fund (VinIF) から支援を受けた。ボタン電池は、時計、心拍モニター、パソコン、携帯電話や小型電気機器用のポケット電池に使用されます。

*フォン博士は真空チャンバー内でボタン電池の組み立て工程に取り組んでいます。写真: NVCC*

研究チームは、ロンアン省タンチュー地区から籾殻を採取し、洗浄、乾燥した後、不活性雰囲気下で1時間加熱し、細かい籾殻灰に粉砕し、固体水酸化カリウム（KOH）と混合した。この混合物は不活性雰囲気中で加熱され、粉砕され、洗浄されます。乾燥工程の後、最終製品は濃い灰色の乾燥粉末となり、カーボンシリカ複合材料 (C/SiO2) とも呼ばれます。

同研究グループは、米の殻1kgから350gのC/SiO2材料を生産できる合成プロセスを構築しており、販売価格は1000gあたり約50米ドルとなっている。研究チームは2年間の試作を経て、米のもみ殻から作ったC/SiO2材料を使ってボタン電池やポケット電池を組み立てる技術を習得することができました。

フォン准教授は、シリカ材料は多孔質であるため、リチウムイオンが移動して構造内に織り込まれ、電気に変換できると述べた。 APCLab は、この材料の特性を活用して、充電式バッテリー用途に適した構造を設計します。各バッテリータイプのエネルギー形態に応じて、使用量を計算するように材料が設計されています。通常、ボタン電池 1 個あたり数十 mg の籾殻しか必要ありませんが、電池が大きい場合は約 10 ～ 20 g 必要になります。

現在市場に出回っている充電式バッテリーのほとんどは、石炭鉱石から採掘され精製されたグラファイト材料から作られています。この材料のコストは 100 グラムあたり約 100 ドルであり、原材料を探す段階で環境汚染が発生する可能性があります。

Phung博士は、コスト、効率、環境保護の観点から、シリカ材料がグラファイト材料を完全に置き換える可能性があると評価しました。これにより、籾殻の潜在的市場が拡大し、農家に大きな利益をもたらします。

今後、研究チームは経済的コストに基づいて製品の計算を最適化する予定です。現在の見積もりによれば、もみ殻から作られたボタン電池は1個あたり7〜8ドル、ポケット電池は1個あたり30ドルで売れるという。

ホーチミン市のベトナム国家大学工科大学のバイオ燃料およびバイオマス研究所所長であるグエン・ディン・クアン准教授は、シリカには電池容量を何倍にも増やす能力があるため、リチウムイオン充電式電池の電極の添加剤として使用できることが知られていると評価しました。欠点としては、電極が体積膨張しやすいことですが、これはナノサイズのシリカ粒子を使用することで克服できます。 APCLab は世界中で同様の研究を採用し、米の殻に含まれる成形シリカを電池電極添加剤として応用しています。籾殻に含まれるシリカは低密度で分散しており、籾殻を熱分解すると、ナノサイズのシリカと構造が融合した炭化炭素の混合物が形成されます。

「この方法はシンプルですが非常に効果的で、研究プロジェクトが成功すれば、ベトナムのような稲作大国が高い付加価値を生み出すのに役立つでしょう」とクアン博士は語った。

統計によると、ベトナムは世界第2位の米生産国であり、推定平均生産量は年間約4,400万トン、米殻率は約20～22%、約900万トンです。

准教授のル・マイ・ロアン・フォン博士は、フランスで6年間充電式電池の分野の研究に携わり、9年間電気化学電池に関するテーマに取り組んできました。彼女は、日本の九州大学物質化学工学研究所での電池用電解質のプロジェクトと、米国のパシフィック・ノースウエスト国立研究所での電池用先端材料の開発プロジェクト（コンソーシアム・バッテリー・マテリアル・リサーチ）の研究に参加するよう招待されました。この女性医師は、9 つの研究テーマに参加・主導し、80 件の国際論文と 60 件の国内論文を発表し、権威ある組織から多くの貴重な賞や奨学金を獲得しました。

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