Telefon- og bilbatterier kunne bruge silicium lavet af ris

(Phys.org) — Silicium er meget efterspurgt. Når det bruges i lithium-ion-batterier (LIB'er), som driver smartphones og el- og hybridbiler, silicium anoder har en meget større teoretisk kapacitet end konventionelle grafit anoder. Imidlertid, anoder fremstillet af siliciumlegeringer lider af kapacitetsfading, hvilket gør dem ineffektive. Jang Wook Choi og hans kolleger på flere koreanske universiteter har fundet en måde at omdanne silica fra risskaller, en billig og bredt tilgængelig ressource, til silicium til brug i højtydende LIB'er. Dette silicium har en naturligt forekommende nanoporøs struktur, der forhindrer, at kapaciteten falmer. Forskningen fremgår af Proceedings of the National Academy of Sciences .

Ris er en basisfødevare for mere end en tredjedel af verdens befolkning. Hvert år, risavlere producerer omkring 422 millioner tons. Risskaller, et affaldsprodukt produceret under dyrkning, udgør omkring 20 procent af dette. Fordi disse skaller er meget slibende, landbrugsproducenter bruger dem i billige varer, såsom tilsætningsstoffer til gødning, opdrætstæpper og bedjord, som drager fordel af denne kvalitet.

Choi og hans team mener, at risskaller kunne have en mere værdifuld nytte. De indeholder store mængder silica, som ingeniører kan konvertere til silicium til brug i LIB'er. Silica udgør mellem 15 og 20 procent af en risskals vægt. Denne silica har udviklet sig til at være nanoporøs, så luft og fugt kan trænge ind i riskerner, men det kan bakterier og insekter ikke.

Forskerne ekstraherede rent silicium fra risskalsilica ved at tilsætte syre og varme for at fjerne metalliske urenheder og organiske komponenter og derefter bruge magnesium til at reducere silicaen til silicium. Denne behandling bevarede den tredimensionelle porøse nanostruktur. De coated derefter dette silicium med kulstof og brugte det i anoder i lithium møntceller.

Chois team fandt ud af, at disse anoder var mere effektive end anoder lavet med siliciumlegeringer. Anoderne fremstillet af risskalsilicium havde høj coulombisk effektivitet og fremragende udledningskapacitetsretention, som holdet tilskrev den indbyrdes forbundne porøse struktur af silicium, hvilket muliggør dannelsen af ​​stabile solide elektrolytgrænseflader (SEI'er). Sammenlignet med, anoder fremstillet af siliciumlegeringer lider af kapacitetsfading, fordi deres høje volumenændring, som kan nå 300 %, får legeringerne til at revne, og der dannes ustabile SEI'er.

Forskerne foreslår, at silicium udvundet fra risskaller kan hjælpe med at imødekomme den stigende efterspørgsel efter silicium i batterier, der bruges til at køre bærbare elektroniske enheder og hybride elektriske køretøjer. Dette ville give et affaldsprodukt fra en af ​​verdens mest populære afgrøder mulighed for at bidrage til udviklingen af ​​avancerede teknologier.

© 2013 Phys.org