Wietnamski naukowiec wykorzystał łuski ryżu do stworzenia akumulatorów.

Việt Nam•03/08/2023

Wykorzystując łuski ryżowe, zespół badawczy pod kierownictwem adiunkta dr. Le My Loan Phunga zaprojektował materiał do produkcji tanich akumulatorów litowo-jonowych.

Badaniami od 2020 roku kierowała doc. dr hab. Le My Loan Phung z Wydziału Nauk Ścisłych Wietnamskiego Uniwersytetu Narodowego w Ho Chi Minh (APCLab) wraz ze współpracownikami.

Wyjaśniła, że łuski ryżowe zawierają średnio około 10,6% krzemionki (SiO2). Jest to ważny składnik, który można wykorzystać do produkcji akumulatorów litowo-jonowych. Grupa zaproponowała i otrzymała dofinansowanie z Funduszu Innowacji Vingroup (VinIF) na badania nad procesem syntezy materiałów elektrodowych z łusek ryżowych w celu produkcji próbnych akumulatorów litowo-jonowych 4 V w postaci ogniw guzikowych i woreczkowych. Baterie guzikowe są stosowane w zegarkach, pulsometrach, komputerach osobistych oraz woreczkowych bateriach do telefonów i innych kompaktowych urządzeń elektronicznych.

*Dr Phung pracuje w komorze próżniowej, montując baterie guzikowe. Zdjęcie: udostępnione przez osobę udzielającą wywiadu.*

Zespół badawczy pozyskał łuski ryżowe z dystryktu Tan Tru (prowincja Long An), umył je i wysuszył, a następnie ogrzewał przez godzinę w atmosferze gazu obojętnego. Zmielono je na drobny popiół z łusek ryżowych i zmieszano ze stałym wodorotlenkiem potasu (KOH). Mieszaninę tę ponownie ogrzewano w atmosferze gazu obojętnego, zmielono i przemyto. Po wysuszeniu produkt końcowy to ciemnoszary suchy proszek, znany również jako materiał kompozytowy na bazie krzemianu węgla (C/SiO₂).

Zespół opracował proces syntezy, który pozwala na wytworzenie 350 g materiału C/SiO₂ z 1 kg łuski ryżowej, w cenie sprzedaży wynoszącej około 50 USD/1000 g. Po dwóch latach produkcji eksperymentalnej zespół badawczy opanował technologię montażu kompletnych baterii guzikowych i torebkowych z wykorzystaniem materiału C/SiO₂ z łuski ryżowej.

*Schemat procesu wytwarzania materiału krzemionkowego. Zdjęcie: Zespół badawczy*

Profesor Phung wyjaśnił, że materiał krzemionkowy ma porowatą strukturę, która pozwala jonom litu przemieszczać się i łączyć w strukturze, przekształcając je w energię elektryczną. APCLab wykorzystuje tę właściwość materiału do projektowania odpowiedniej struktury dla różnych zastosowań w akumulatorach. W zależności od rodzaju energii danego akumulatora, materiał jest projektowany w celu obliczenia potrzebnej ilości. Zazwyczaj do każdej baterii guzikowej potrzeba zaledwie kilkudziesięciu miligramów łuski ryżowej, podczas gdy większe baterie wymagają około 10-20 gramów.

Obecnie większość akumulatorów dostępnych na rynku jest wykonana z grafitu, materiału wydobywanego i rafinowanego z rudy węgla. Materiał ten kosztuje około 100 dolarów za 100 gramów, a proces jego pozyskiwania może powodować zanieczyszczenie środowiska.

Dr Phung ocenił, że materiał krzemionkowy ma potencjał całkowitego zastąpienia grafitu pod względem kosztów, wydajności i ochrony środowiska. To rozszerza potencjalnie lukratywny rynek łusek ryżowych i przynosi rolnikom znaczne zyski.

W przyszłości zespół badawczy planuje zoptymalizować produkt pod kątem kosztów ekonomicznych . Według obecnych szacunków, baterie guzikowe wykonane z łusek ryżowych mogłyby kosztować 7-8 dolarów za sztukę, a baterie w torebkach – 30 dolarów za sztukę.

*Baterie guzikowe z łusek ryżowych są produkowane w ramach prób. Zdjęcie: Zespół badawczy*

Docent dr Nguyen Dinh Quan, kierownik Laboratorium Biopaliw i Biomasy na Uniwersytecie Technologicznym Wietnamskiego Uniwersytetu Narodowego w Ho Chi Minh, ocenił, że krzemionka jest znanym dodatkiem do elektrod akumulatorów litowo-jonowych ze względu na jej zdolność do wielokrotnego zwiększania pojemności akumulatora. Jej wadą jest podatność elektrod na rozszerzanie objętości, co można jednak przezwyciężyć, stosując nanocząsteczki krzemionki. APCLab przeprowadził podobne badania na całym świecie, aby wykorzystać formowaną krzemionkę z łusek ryżowych jako dodatek do elektrod akumulatorów. Krzemionka w łuskach ryżowych jest rozproszona w niskiej gęstości; po termicznym rozkładzie łuski ryżowe tworzą mieszaninę zwęglonego węgla z nanocząsteczkami krzemionki.

„Ta metoda jest prosta, a jednocześnie niezwykle skuteczna i może pomóc potędze w produkcji ryżu, takiej jak Wietnam, wygenerować znaczną wartość dodaną, jeśli projekt badawczy zakończy się sukcesem” – powiedział dr Quan.

Według statystyk Wietnam jest drugim co do wielkości producentem ryżu na świecie, szacowana średnia produkcja wynosi około 44 milionów ton rocznie, a zawartość łuski wynosi około 20-22%, czyli prawie 9 milionów ton.

Docent dr Le My Loan Phung spędziła sześć lat studiując i prowadząc badania w dziedzinie akumulatorów we Francji oraz dziewięć lat pracując nad projektami związanymi z akumulatorami elektrochemicznymi. Została zaproszona do udziału w badaniach w Instytucie Chemii i Inżynierii Materiałów Uniwersytetu Kyushu w Japonii, nad elektrolitami do akumulatorów i rozwojem zaawansowanych materiałów do akumulatorów (Consortium Battery Material Research) w Pacific Northwest National Laboratory (USA). Doktor uczestniczyła i kierowała dziewięcioma projektami badawczymi, opublikowała 80 artykułów międzynarodowych i 60 krajowych oraz otrzymała liczne cenne nagrody i stypendia od prestiżowych organizacji.

vnexpress.net