Вьетнамский ученый использует рисовую шелуху для создания аккумуляторных батарей

Используя рисовую шелуху, исследовательская группа доцента. Доктор Ле Май Лоан Фунг разрабатывает материалы для производства литий-ионных аккумуляторов по низкой стоимости.

Исследование проводилось под руководством доцента, доктора Ле Май Лоан Фунга из Университета естественных наук Вьетнамского национального университета в Хошимине (APCLab) и его коллег с 2020 года.

Она сказала, что рисовая шелуха содержит в среднем около 10,6% кремния (SiO2). Это важный компонент, который можно использовать для изготовления литий-ионных аккумуляторов. Группа выступила с предложением и получила спонсорскую поддержку со стороны инновационного фонда Vingroup (VinIF) провести исследование процесса синтеза электродных материалов из рисовой шелухи для экспериментального производства литий-ионных аккумуляторных батарей напряжением 4 В в форме плоских и карманных батареек. Батарейки-таблетки используются в часах, пульсометрах, персональных компьютерах, а также в карманных аккумуляторах для телефонов и небольших электроприборов.

Доктор Фунг работает в вакуумной камере в процессе сборки таблеточных батареек. Фото: NVCC

Исследовательская группа взяла рисовую шелуху из района Тан Тру (Лонган), промыла ее, высушила, затем нагревала в течение часа в инертной атмосфере, измельчила в мелкую золу рисовой шелухи и смешала с твердым гидроксидом калия (KOH). Затем эту смесь нагревают в инертной атмосфере, измельчают и промывают. После этапа сушки конечный продукт представляет собой сухой порошок темно-серого цвета, также известный как углеродно-кремниевый композиционный материал (C/SiO2).

Группа разработала процесс синтеза из 1 кг рисовой шелухи, который позволяет производить 350 г материала C/SiO2 по цене около 50 долларов США/1000 г. После двух лет опытного производства исследовательская группа смогла освоить технологию сборки полноценных таблеточных и карманных батареек с использованием материала C/SiO2 из рисовой шелухи.

Технологическая схема процесса изготовления кремнеземного материала. Фото: Исследовательская группа

Доцент Фунг сказал, что кремниевый материал является пористым, что позволяет ионам лития перемещаться и переплетаться в структуре, преобразуясь в электричество. APCLab использует это свойство материала для разработки конструкции, подходящей для применения в аккумуляторных батареях. В зависимости от формы энергии каждого типа батареи, материал предназначен для расчета используемого объема. Обычно для каждой батарейки-таблетки требуется всего несколько десятков мг рисовой шелухи, если же батарея больше, то потребуется около 10–20 г.

В настоящее время на рынке большинство аккумуляторных батарей изготавливаются из графитового материала, добываемого и перерабатываемого из угольной руды. Этот материал стоит около 100 долларов США/100 грамм, а этап поиска сырья может привести к загрязнению окружающей среды.

Доктор Фунг оценил, что кремниевый материал может полностью заменить графитовый материал с точки зрения стоимости, эффективности и защиты окружающей среды. Это расширяет потенциальный рынок сбыта рисовой шелухи и приносит фермерам большую прибыль.

В будущем исследовательская группа планирует оптимизировать расчет стоимости продукции на основе экономической себестоимости. По текущим оценкам, батарейки-таблетки, изготовленные из рисовой шелухи, можно продавать по 7–8 долларов за штуку, а карманные батарейки — по 30 долларов за штуку.

Испытываются батарейки-таблетки из рисовой шелухи. Фото: Исследовательская группа

Доцент, доктор Нгуен Динь Куан, заведующий лабораторией биотоплива и биомассы Технологического университета Вьетнамского национального университета в Хошимине, подсчитал, что кремний, как известно, может использоваться в качестве добавки для электродов литий-ионных аккумуляторов из-за его способности многократно увеличивать емкость аккумулятора. Его недостатком является то, что электрод подвержен объемному расширению, однако эту проблему можно решить, используя наночастицы кремния. APCLab применила аналогичные исследования по всему миру для применения формованного кремнезема из рисовой шелухи в качестве добавки к электродам аккумуляторов. Кремний в рисовой шелухе диспергирован при низкой плотности; при пиролизации рисовой шелухи образуется смесь карбонизированного углерода, которая смешивает структуру с наноразмерным кремнием.

«Этот метод прост, но очень эффективен и может помочь такому центру выращивания риса, как Вьетнам, создать высокую добавленную стоимость, если исследовательский проект окажется успешным», — сказал доктор Куан.

По данным статистики, Вьетнам является второй по величине страной-производителем риса в мире, средний объем производства оценивается примерно в 44 млн тонн в год, при этом доля рисовой шелухи составляет около 20–22%, или почти 9 млн тонн.

Доцент, доктор Ле Май Лоан Фунг в течение 6 лет изучал и исследовал область аккумуляторных батарей во Франции и 9 лет работал над темами, связанными с электрохимическими батареями. Ее пригласили принять участие в исследованиях в Институте химии и инженерии материалов Университета Кюсю, Япония, по проекту электролитов для аккумуляторов и проекту разработки современных материалов для аккумуляторов (Consortium Battery Material Research) в Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (США). Женщина-врач участвовала и руководила 9 исследовательскими темами, опубликовала 80 международных статей и 60 отечественных статей, а также получила множество ценных наград и стипендий от престижных организаций.

vnexpress.net