Cientista vietnamita usa casca de arroz para criar baterias recarregáveis.

Việt Nam•03/08/2023

Utilizando cascas de arroz, a equipe de pesquisa liderada pela professora associada Dra. Le My Loan Phung desenvolveu um material para a fabricação de baterias de íon-lítio de baixo custo.

A pesquisa foi liderada pela Profa. Dra. Le My Loan Phung, da Faculdade de Ciências da Universidade Nacional do Vietnã na Cidade de Ho Chi Minh (APCLab), e seus colegas desde 2020.

Ela explicou que a casca de arroz contém um teor médio de sílica (SiO2) de cerca de 10,6%. Este é um componente importante que pode ser usado na fabricação de baterias recarregáveis de íon-lítio. O grupo propôs e recebeu financiamento do Vingroup Innovation Fund (VinIF) para pesquisar um processo de síntese de materiais de eletrodo a partir da casca de arroz para produzir baterias recarregáveis de íon-lítio de 4V em formato de botão e de bolsa. As baterias tipo botão são usadas em relógios, monitores de frequência cardíaca, computadores pessoais, e as baterias tipo bolsa são usadas em telefones e outros dispositivos eletrônicos compactos.

*O Dr. Phung trabalha em uma câmara de vácuo, montando baterias tipo botão. Foto: Fornecida pelo entrevistado.*

A equipe de pesquisa coletou cascas de arroz do distrito de Tan Tru (província de Long An), lavou-as e secou-as, aquecendo-as em seguida por uma hora sob atmosfera inerte. As cascas foram moídas finamente até se transformarem em cinzas, que foram misturadas com hidróxido de potássio sólido (KOH). Essa mistura foi então aquecida novamente sob atmosfera inerte, moída e lavada. Após a secagem, o produto final é um pó seco cinza-escuro, também conhecido como material compósito de silicato de carbono (C/SiO2).

A equipe desenvolveu um processo de síntese capaz de produzir 350 g de material C/SiO2 a partir de 1 kg de casca de arroz, com um preço de venda aproximado de US$ 50/1000 g. Após dois anos de produção experimental, a equipe de pesquisa dominou a tecnologia para a montagem de baterias tipo botão e tipo pouch completas utilizando o material C/SiO2 derivado da casca de arroz.

*Diagrama do processo de fabricação do material de sílica. Foto: Equipe de pesquisa*

O Professor Associado Phung explicou que o material de sílica possui uma estrutura porosa que permite que os íons de lítio se movam e se interliguem dentro da estrutura, convertendo-se em energia elétrica. O APCLab utiliza essa propriedade do material para projetar uma estrutura adequada para diversas aplicações em baterias recarregáveis. Dependendo do tipo de energia de cada bateria, o material é projetado para calcular a quantidade necessária. Normalmente, cada bateria tipo botão requer apenas algumas dezenas de miligramas de casca de arroz, enquanto baterias maiores requerem cerca de 10 a 20 gramas.

Atualmente, a maioria das baterias recarregáveis disponíveis no mercado é feita de grafite, um material extraído e refinado do minério de carvão. Esse material custa aproximadamente US$ 100 por 100 gramas, e o processo de extração pode causar poluição ambiental.

O Dr. Phung avaliou que o material de sílica tem o potencial de substituir completamente o grafite em termos de custo, eficiência e proteção ambiental. Isso expande o mercado potencialmente lucrativo para cascas de arroz e traz lucros significativos para os agricultores.

No futuro, a equipe de pesquisa planeja otimizar o produto com base no custo econômico . De acordo com as estimativas atuais, as baterias tipo botão feitas de casca de arroz poderiam ser vendidas por US$ 7 a US$ 8 cada, e as baterias tipo pouch por US$ 30 cada.

*Baterias tipo botão feitas de casca de arroz estão sendo produzidas em caráter experimental. Foto: Equipe de pesquisa*

O Professor Associado Dr. Nguyen Dinh Quan, Chefe do Laboratório de Biocombustíveis e Biomassa da Universidade de Tecnologia da Universidade Nacional do Vietnã, na cidade de Ho Chi Minh, avaliou que a sílica é um aditivo conhecido para eletrodos de baterias recarregáveis de íon-lítio devido à sua capacidade de aumentar a capacidade da bateria em muitas vezes. Sua desvantagem é a propensão dos eletrodos à expansão volumétrica, mas isso pode ser superado com o uso de nanopartículas de sílica. O APCLab adotou uma abordagem semelhante em pesquisas realizadas em todo o mundo para utilizar sílica moldada a partir da casca de arroz como aditivo para eletrodos de baterias. A sílica na casca de arroz está dispersa em baixa densidade; quando a casca de arroz é decomposta termicamente, forma uma mistura de carbono carbonizado com nanopartículas de sílica.

"Este método é simples, porém altamente eficaz, e poderia ajudar uma potência produtora de arroz como o Vietnã a criar um valor agregado significativo, caso o projeto de pesquisa seja bem-sucedido", disse o Dr. Quan.

Segundo as estatísticas, o Vietname é o segundo maior produtor mundial de arroz, com uma produção média estimada em cerca de 44 milhões de toneladas por ano e um teor de casca de cerca de 20-22%, ou quase 9 milhões de toneladas.

A Professora Associada Dra. Le My Loan Phung dedicou seis anos ao estudo e à pesquisa na área de baterias recarregáveis na França e nove anos ao desenvolvimento de projetos relacionados a baterias eletroquímicas. Foi convidada a participar de pesquisas no Instituto de Química e Engenharia de Materiais da Universidade de Kyushu, no Japão, sobre eletrólitos para baterias e desenvolvimento de materiais avançados para baterias (Consórcio de Pesquisa de Materiais para Baterias) no Laboratório Nacional do Noroeste do Pacífico (EUA). A doutora participou e liderou nove projetos de pesquisa, publicou 80 artigos internacionais e 60 nacionais, e recebeu inúmeros prêmios e bolsas de estudo de organizações de prestígio.

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