Ryż przerobiony na akumulatory. Ten pomysł ma więcej sensu, niż się wydaje
W popiele z łusek ryżu kryje się prawdziwe złoto – a konkretnie materiał, który może odmienić rynek akumulatorów i baterii. Materiał ten może zastąpić grafit w anodach akumulatorów i sprawić, że będą one magazynować dwa razy więcej energii.
Dokładna analiza popiołu pochodzącego ze spalonych łusek ryżu, czyli twardej, zewnętrznej warstwy ziaren ryżu, ujawniła istnienie formy węgla, która może niemal podwoić gęstość energii typowych akumulatorów litowo-jonowych lub sodowo-jonowych. Tak zwany "twardy" węgiel może być stosowany w elektrodach akumulatorów i ma lepsze właściwości niż zwykły grafit.
Wcześniej uważano, że twardy węgiel można uzyskać jedynie poprzez kosztowne spalanie biomasy, takiej jak odpady rolnicze. Wyniki badań naukowców z Uniwersytetu Michigan opublikowano w czasopiśmie Advanced Sustainable Systems.
Więcej energii, mniej dwutlenku węgla
Naukowcy podkreślają, że zamiast importować grafit wydobywany z Chin, popiół z łusek ryżowych mógłby zapewnić wyższej jakości materiał do produkcji elektrod akumulatorowych. Proces ten jest również bardziej zrównoważony niż produkcja grafitu z biomasy, która musi być podgrzewana do 2000 stopni Celsjusza lub wyższej - produkując od pięciu do dziesięciu ton CO2 na każdą tonę grafitu klasy akumulatorowej.
Co więcej, CO2 uwalniany podczas spalania łusek ryżu pochodzi z tego samego CO2, który roślina ryżu pobrała z atmosfery w procesie fotosyntezy, dzięki czemu proces ten jest neutralny pod względem emisji dwutlenku węgla
- powiedział Richard Laine, profesor nauk materiałowych i inżynierii oraz nauk makromolekularnych i inżynierii na Uniwersytecie Michigan.
Więcej o akumulatorach przyszłości przeczytasz na Spider's Web:
Fotowoltaika z ryżu
Zespół badawczy już wcześniej zademonstrował metody częściowego usuwania krzemionki z popiołu łuski ryżu, który zawiera około 90 proc. krzemionki i 10 proc. węgla. Krzemionka ta może być używana do produkcji krzemu o wysokiej czystości stosowanego w ogniwach słonecznych lub półprzewodnikach. Po częściowym usunięciu krzemionki z popiołu łuski ryżu, w procesie zwanym depolimeryzacją, pozostały popiół zawiera około 60 -70 proc. węgla.
Węgiel ten uznawano za nieprzydatny, a materiał nazwano węglem amorficznym. Jednak techniki spektroskopii wyspecjalizowane w szczegółach na poziomie molekularnym ujawniły w nim maleńkie wyspy grafitu, które istnieją w skali nano (dla skali jeden nanometr to jedna miliardowa część metra). Ta mieszanka węgla amorficznego i grafitu nazywana jest węglem twardym.
Lepszy od grafitu
Podczas testów właściwości elektrochemicznych twardego węgla uzyskanego z popiołu łusek ryżowych okazało się, że jest on lepszy od dostępnego w handlu twardego węgla i grafitu, pełniąc funkcję anody akumulatora litowo-jonowego, czyli punktu, przez który ładunek wypływa z akumulatora.
Gram komercyjnego twardego węgla przyjmuje wystarczającą ilość litu, aby zmagazynować około 500 miliamperogodzin (mAh) — jednostkę ładunku elektrycznego często używaną do opisu pojemności baterii.
Natomiast gram grafitu przyjmuje około 370 mAh, co oznacza, że baterie z twardego węgla mają około 40 proc. wyższą gęstość energii. Twardy węgiel z popiołu z łusek ryżu przewyższa oba te parametry, mając pojemność magazynową ponad 700 mAh - prawie dwukrotnie większą niż grafit.
Do zwiększenia pojemności przyczynia się nanoporowata struktura wardego węgla.
Przekształcając odpady rolnicze w wartościowy produkt, popiół z łusek ryżowych i twardy węgiel mogą pomóc zaspokoić rosnący popyt na akumulatory do stosowania w pojazdach elektrycznych i magazynowania energii odnawialnej, jednocześnie zmniejszając zarówno koszty, jak i emisje. Zespół złożył wniosek o ochronę patentową i poszukuje partnerów, którzy pomogą wprowadzić technologię na rynek.
