Вьетнамский ученый использует рисовую шелуху для создания перезаряжаемых батарей.

Việt Nam•03/08/2023

Используя рисовую шелуху, исследовательская группа под руководством доцента доктора Ле Ми Лоан Фунга разработала материал для производства недорогих литий-ионных батарей.

Исследование проводилось под руководством доцента доктора Ле Ми Лоан Фунг, факультета естественных наук Вьетнамского национального университета в Хошимине (APCLab), и ее коллег с 2020 года.

Она объяснила, что рисовая шелуха содержит в среднем около 10,6% диоксида кремния (SiO2). Это важный компонент, который можно использовать для производства литий-ионных перезаряжаемых батарей. Группа предложила и получила финансирование от Инновационного фонда Vingroup (VinIF) для исследования процесса синтеза электродных материалов из рисовой шелухи для производства опытных 4-вольтовых литий-ионных перезаряжаемых батарей в виде кнопочных и пакетных элементов. Кнопочные батареи используются в часах, пульсометрах, персональных компьютерах, а пакетные батареи — в телефонах и других компактных электронных устройствах.

*Доктор Фунг работает в вакуумной камере, собирая батарейки-таблетки. Фото: Предоставлено интервьюируемым.*

Исследовательская группа получила рисовую шелуху из района Тан Тру (провинция Лонг Ан), промыла и высушила ее, а затем нагревала в течение одного часа в условиях инертного газа. Шелуху мелко измельчили до состояния золы и смешали с твердым гидроксидом калия (KOH). Затем эту смесь снова нагрели в условиях инертного газа, измельчили и промыли. После сушки конечным продуктом стал темно-серый сухой порошок, также известный как композитный материал на основе силиката углерода (C/SiO2).

Команда разработала процесс синтеза, позволяющий получать 350 г материала C/SiO2 из 1 кг рисовой шелухи по цене приблизительно 50 долларов за 1000 г. После двух лет экспериментального производства исследовательская группа освоила технологию сборки полноценных кнопочных и пакетных батарей с использованием материала C/SiO2 из рисовой шелухи.

*Схема процесса изготовления кремнеземного материала. Фото: Исследовательская группа.*

Доцент Фунг объяснил, что кремнеземный материал имеет пористую структуру, которая позволяет ионам лития перемещаться и сцепляться внутри структуры, преобразуя энергию в электрический ток. Лаборатория APCLab использует это свойство материала для разработки подходящей структуры для различных применений перезаряжаемых батарей. В зависимости от типа энергии каждой батареи, материал проектируется таким образом, чтобы рассчитать необходимое количество. Как правило, для каждой батарейки-таблетки требуется всего несколько десятков миллиграммов рисовой шелухи, в то время как для более крупных батарей требуется около 10-20 граммов.

В настоящее время большинство представленных на рынке перезаряжаемых батарей изготавливаются из графита — материала, добываемого и очищаемого из угольной руды. Стоимость этого материала составляет приблизительно 100 долларов за 100 грамм, а процесс его добычи может вызывать загрязнение окружающей среды.

Доктор Фунг оценил, что кремнеземный материал потенциально может полностью заменить графит с точки зрения стоимости, эффективности и защиты окружающей среды. Это расширяет потенциально прибыльный рынок рисовой шелухи и приносит значительную прибыль фермерам.

В будущем исследовательская группа планирует оптимизировать продукт, исходя из экономической целесообразности. Согласно текущим оценкам, батарейки-таблетки, изготовленные из рисовой шелухи, могут продаваться по цене 7-8 долларов за штуку, а батарейки в пакетиках — по 30 долларов за штуку.

В настоящее время в экспериментальном порядке производится кнопочная батарейка из рисовой шелухи. Фото: Исследовательская группа.

Доцент д-р Нгуен Динь Куан, руководитель Лаборатории биотоплива и биомассы Технологического университета Вьетнамского национального университета в Хошимине, отметил, что диоксид кремния известен как добавка к электродам литий-ионных аккумуляторных батарей благодаря своей способности многократно увеличивать емкость батареи. Его недостатком является склонность электродов к объемному расширению, но это можно преодолеть, используя наноразмерные частицы диоксида кремния. Лаборатория APCLab переняла аналогичные исследования, проводимые по всему миру, для использования формованного диоксида кремния из рисовой шелухи в качестве добавки к электродам батарей. Диоксид кремния в рисовой шелухе диспергирован с низкой плотностью; при термическом разложении рисовой шелухи образуется смесь карбонизированного углерода с наноразмерным диоксидом кремния.

«Этот метод прост, но очень эффективен, и в случае успеха исследовательского проекта он может помочь такой рисоводческой державе, как Вьетнам, создать значительную добавленную стоимость», — сказал доктор Куан.

Согласно статистике, Вьетнам является вторым по величине производителем риса в мире, со средним объемом производства около 44 миллионов тонн в год и содержанием шелухи примерно 20-22%, или почти 9 миллионов тонн.

Доцент доктор Ле Ми Лоан Фунг шесть лет занималась исследованиями в области перезаряжаемых батарей во Франции и девять лет работала над проектами, связанными с электрохимическими батареями. Она была приглашена к участию в исследованиях в Институте химии и инженерии материалов Университета Кюсю, Япония, по электролитам для батарей и разработке передовых материалов для батарей (Консорциум по исследованию материалов для батарей) в Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (США). Эта женщина-доктор участвовала и руководила девятью исследовательскими проектами, опубликовала 80 международных и 60 отечественных статей, а также получила многочисленные ценные награды и стипендии от престижных организаций.

vnexpress.net