Vietnamesisk forskare använder risskal för att skapa laddningsbara batterier.

Việt Nam•03/08/2023

Med hjälp av risskal utformade forskargruppen, lett av docent Dr. Le My Loan Phung, ett material för tillverkning av billiga litiumjonbatterier.

Forskningen leddes av docent Dr. Le My Loan Phung, naturvetenskapliga fakulteten, Vietnam National University Ho Chi Minh City (APCLab), och hennes kollegor sedan 2020.

Hon förklarade att risskal innehåller ett genomsnittligt kiseldioxidinnehåll (SiO2) på cirka 10,6 %. Detta är en viktig komponent som kan användas för att tillverka laddningsbara litiumjonbatterier. Gruppen föreslog, och fick finansiering från Vingroup Innovation Fund (VinIF), för att undersöka en process för att syntetisera elektrodmaterial från risskal för att producera testbatterier på 4V litiumjonbatterier i knappcells- och påsebatteriform. Knappcellsbatterier används i klockor, pulsmätare, persondatorer och påsebatterier för telefoner och andra kompakta elektroniska enheter.

*Dr. Phung arbetar i en vakuumkammare och monterar knappcellsbatterier. Foto: Tillhandahållet av intervjupersonen.*

Forskargruppen hämtade risskal från Tan Tru-distriktet (Long An-provinsen), tvättade och torkade dem och värmde dem sedan i en timme under inerta gasförhållanden. De finmaldes till risskalaska och blandades med fast kaliumhydroxid (KOH). Denna blandning värmdes sedan upp igen under inerta gasförhållanden, maldes och tvättades. Efter torkning är slutprodukten ett mörkgrått torrt pulver, även känt som kolsilikat (C/SiO2)-kompositmaterial.

Teamet utvecklade en syntesprocess som kan producera 350 g C/SiO2-material från 1 kg risskal, med ett försäljningspris på cirka 50 dollar/1000 g. Efter två års experimentell produktion har forskargruppen bemästrat tekniken för att montera kompletta knappcells- och påsbatterier med hjälp av C/SiO2-material från risskal.

*Diagram över tillverkningsprocessen för kiseldioxidmaterialet. Foto: Forskargrupp*

Docent Phung förklarade att kiseldioxidmaterialet har en porös struktur som gör att litiumjoner kan röra sig och fästas i strukturen för att omvandlas till elektrisk energi. APCLab använder denna egenskap hos materialet för att designa en lämplig struktur för olika laddningsbara batteritillämpningar. Beroende på energitypen för varje batteri är materialet utformat för att beräkna den mängd som behövs. Vanligtvis kräver varje knappcellsbatteri bara några tiotals milligram risskal, medan större batterier kräver cirka 10–20 gram.

För närvarande är de flesta laddningsbara batterier på marknaden tillverkade av grafit, ett material som utvinns och raffineras ur kolmalm. Detta material kostar cirka 100 dollar per 100 gram, och tillverkningsprocessen kan orsaka miljöföroreningar.

Dr. Phung bedömde att kiseldioxidmaterial har potential att helt ersätta grafitmaterial vad gäller kostnad, effektivitet och miljöskydd. Detta utökar den potentiellt lukrativa marknaden för risskal och ger betydande vinster till jordbrukarna.

I framtiden planerar forskargruppen att optimera produkten baserat på ekonomisk kostnad. Enligt nuvarande uppskattningar skulle knappbatterier gjorda av risskal kunna säljas för 7–8 dollar styck, och påsbatterier för 30 dollar styck.

*Knappbatterier gjorda av risskal produceras på försök. Foto: Forskargrupp*

Docent Dr. Nguyen Dinh Quan, chef för laboratoriet för biobränsle och biomassa vid University of Technology, Vietnam National University Ho Chi Minh City, bedömde att kiseldioxid är känt för att vara ett tillsatsmedel för elektroder för litiumjonbatterier på grund av dess förmåga att öka batterikapaciteten många gånger. Nackdelen är att elektroderna är benägna att volymexpandera, men detta kan övervinnas genom att använda kiseldioxidpartiklar i nanostorlek. APCLab har anammat liknande forskning världen över för att använda formad kiseldioxid från risskal som tillsatsmedel för batterielektroder. Kiseldioxid i risskal dispergeras vid låg densitet; när risskal sönderdelas termiskt bildar de en blandning av förkolnat kol med kiseldioxid i nanostorlek.

"Denna metod är enkel men mycket effektiv, och den skulle kunna hjälpa ett risproducerande kraftverk som Vietnam att skapa ett betydande mervärde om forskningsprojektet lyckas", sa Dr. Quan.

Enligt statistik är Vietnam världens näst största risproducent, med en uppskattad genomsnittlig produktion på cirka 44 miljoner ton per år och en skalhalt på cirka 20–22 %, eller nästan 9 miljoner ton.

Docent Dr. Le My Loan Phung tillbringade sex år med studier och forskning inom området laddningsbara batterier i Frankrike och nio år med att arbeta med projekt relaterade till elektrokemiska batterier. Hon blev inbjuden att delta i forskning vid Institute of Materials Chemistry and Engineering – Kyushu University, Japan, om elektrolyter för batterier och avancerad materialutveckling för batterier (Consortium Battery Material Research) vid Pacific Northwest National Laboratory (USA). Den kvinnliga läkaren har deltagit i och lett nio forskningsprojekt, publicerat 80 internationella och 60 inhemska artiklar och mottagit ett flertal värdefulla utmärkelser och stipendier från prestigefyllda organisationer.

vnexpress.net