В'єтнамський вчений використовує рисову лушпиння для створення акумуляторних батарей.

Việt Nam•03/08/2023

Використовуючи рисове лушпиння, дослідницька група під керівництвом доцента доктора Ле Мі Лоан Фунга розробила матеріал для виробництва недорогих літій-іонних акумуляторів.

Дослідження з 2020 року очолювала доцентка докторка Ле Мі Лоан Фунг, факультет природничих наук В'єтнамського національного університету Хошиміна (APCLab), та її колеги.

Вона пояснила, що рисове лушпиння містить середній вміст кремнезему (SiO2) близько 10,6%. Це важливий компонент, який можна використовувати для виробництва літій-іонних акумуляторів. Група запропонувала та отримала фінансування від Інноваційного фонду Vingroup (VinIF) для дослідження процесу синтезу електродних матеріалів з рисового лушпиння для виробництва пробних літій-іонних акумуляторів на 4 В у формі ґудзикових та кишенькових батарейок. Гудзикові батарейки використовуються в годинниках, пульсометрах, персональних комп'ютерах та кишенькових батареях для телефонів та інших компактних електронних пристроїв.

*Доктор Фунг працює у вакуумній камері, збираючи батарейки-ґудзики. Фото: надано респондентом.*

Дослідницька група взяла рисове лушпиння з району Тан Тру (провінція Лонг Ан), промила та висушила його, а потім нагрівала протягом однієї години в середовищі інертного газу. Його дрібно подрібнили до золи рисового лушпиння та змішали з твердим гідроксидом калію (KOH). Потім цю суміш знову нагріли в умовах інертного газу, подрібнили та промили. Після сушіння кінцевий продукт являє собою темно-сірий сухий порошок, також відомий як композитний матеріал на основі вуглецевого силікату (C/SiO2).

Команда розробила процес синтезу, який дозволяє виробляти 350 г матеріалу C/SiO2 з 1 кг рисового лушпиння за ціною продажу приблизно 50 доларів США за 1000 г. Після двох років експериментального виробництва дослідницька група опанувала технологію складання повноцінних ґудзикових та пакетних батарейок з використанням матеріалу C/SiO2 з рисового лушпиння.

*Схема процесу виготовлення кремнеземного матеріалу. Фото: Дослідницька група*

Доцент Фунг пояснив, що кремнеземний матеріал має пористу структуру, яка дозволяє іонам літію рухатися та зчіплюватися всередині структури для перетворення на електричну енергію. APCLab використовує цю властивість матеріалу для розробки відповідної структури для різних застосувань акумуляторних батарей. Залежно від типу енергії кожної батареї, матеріал розробляється таким чином, щоб розрахувати необхідну кількість. Зазвичай, для кожної батарейки-ґудзика потрібно лише кілька десятків міліграмів рисового лушпиння, тоді як для більших батарей потрібно близько 10-20 грамів.

Наразі більшість акумуляторних батарей на ринку виготовляються з графіту – матеріалу, який видобувається та очищується з вугільної руди. Цей матеріал коштує приблизно 100 доларів за 100 грамів, а процес його видобутку може спричинити забруднення навколишнього середовища.

Доктор Фунг оцінив, що кремнеземний матеріал має потенціал повністю замінити графітовий матеріал з точки зору вартості, ефективності та захисту навколишнього середовища. Це розширює потенційно прибутковий ринок рисового лушпиння та приносить значні прибутки фермерам.

У майбутньому дослідницька група планує оптимізувати продукт на основі економічної вартості. За поточними оцінками, батарейки-ґудзики, виготовлені з рисового лушпиння, можуть продаватися за 7-8 доларів за штуку, а батарейки-мішечки — за 30 доларів за штуку.

*Батарейки-ґудзики з рисового лушпиння виробляються на пробній основі. Фото: Дослідницька група*

Доцент доктор Нгуєн Дінь Куан, керівник Лабораторії біопалива та біомаси Технологічного університету В'єтнамського національного університету Хошиміна, оцінив, що кремнезем відомий як добавка для електродів літій-іонних акумуляторів завдяки своїй здатності багаторазово збільшувати ємність акумулятора. Його недоліком є те, що електроди схильні до розширення об'єму, але це можна подолати, використовуючи нанорозмірні частинки кремнезему. APCLab провела аналогічні дослідження по всьому світу з використання формованого кремнезему з рисового лушпиння як добавки для електродів акумуляторів. Кремнезем у рисовому лушпинні диспергований при низькій щільності; коли рисове лушпиння термічно розкладається, воно утворює суміш карбонізованого вуглецю з нанорозмірним кремнеземом.

«Цей метод простий, але дуже ефективний, і він може допомогти такому державному виробнику рису, як В'єтнам, створити значну додану вартість, якщо дослідницький проект буде успішним», – сказав доктор Куан.

Згідно зі статистикою, В'єтнам є другим за величиною виробником рису у світі, із середньорічним обсягом виробництва приблизно 44 мільйони тонн на рік та вмістом лушпиння близько 20-22%, або майже 9 мільйонів тонн.

Доцентка докторка Ле Мі Лоан Фунг шість років навчалася та досліджувала у Франції в галузі акумуляторних батарей, а дев'ять років працювала над проектами, пов'язаними з електрохімічними батареями. Її запросили взяти участь у дослідженнях в Інституті хімії та інженерії матеріалів – Університету Кюсю, Японія, з електролітів для батарей та розробки передових матеріалів для батарей (Консорціум досліджень матеріалів для батарей) у Тихоокеанській північно-західній національній лабораторії (США). Лікарка брала участь у дев'яти дослідницьких проектах та керувала ними, опублікувала 80 міжнародних та 60 вітчизняних статей, а також отримала численні цінні нагороди та стипендії від престижних організацій.

vnexpress.net