In senso orario dall'alto a sinistra:pianta del riso, lolla di riso, polvere di silice bianca estratta dalla lolla di riso, polvere di silicio giallastra convertita dalla polvere di silice, un'immagine al microscopio elettronico della struttura porosa interconnessa del silicio, un esempio di veicoli elettrici in cui si prevede che gli anodi di silicio svolgano un ruolo fondamentale nella riduzione del peso delle batterie ricaricabili. Credito:Dae Soo Jung.
(Phys.org) —Il silicio è molto richiesto. Se utilizzato in batterie agli ioni di litio (LIB), che alimentano smartphone e auto elettriche e ibride, Gli anodi di silicio hanno una capacità teorica molto maggiore rispetto agli anodi di grafite convenzionali. Però, gli anodi realizzati con leghe di silicio soffrono di sbiadimento della capacità, che li rende inefficienti. Jang Wook Choi e i suoi colleghi di diverse università coreane hanno trovato un modo per convertire la silice dalla lolla di riso, una risorsa economica e ampiamente disponibile, in silicio per l'uso in LIB ad alte prestazioni. Questo silicio ha una struttura nanoporosa naturale che impedisce lo sbiadimento della capacità. La ricerca appare in Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .
Il riso è un alimento base per più di un terzo della popolazione mondiale. Ogni anno, i coltivatori di riso producono circa 422 milioni di tonnellate. lolla di riso, un prodotto di scarto prodotto durante la coltivazione, costituiscono circa il 20 per cento di questo. Poiché queste bucce sono molto abrasive, i produttori agricoli li usano in articoli economici, come additivi per fertilizzanti, tappeti e terriccio per l'allevamento del bestiame, che sfruttano questa qualità.
Choi e il suo team credono che i gusci di riso potrebbero avere un uso più prezioso. Contengono grandi quantità di silice, che gli ingegneri possono convertire in silicio per l'uso nei LIB. La silice costituisce tra il 15 e il 20 percento del peso di una lolla di riso. Questa silice si è evoluta per essere nanoporosa, in modo che l'aria e l'umidità possano entrare nei chicchi di riso ma non i batteri e gli insetti.
I ricercatori hanno estratto il silicio puro dalla silice della lolla di riso aggiungendo acido e calore per rimuovere le impurità metalliche e i componenti organici e quindi utilizzando il magnesio per ridurre la silice in silicio. Questo trattamento ha preservato la nanostruttura porosa tridimensionale. Hanno quindi rivestito questo silicio con carbonio e l'hanno utilizzato negli anodi delle celle a bottone al litio.
Il team di Choi ha scoperto che questi anodi erano più efficienti degli anodi realizzati con leghe di silicio. Gli anodi realizzati con il silicio della lolla di riso avevano un'elevata efficienza coulombiana e un'eccellente ritenzione della capacità di scarico, che il team ha attribuito alla struttura porosa interconnessa del silicio che consente la formazione di interfacce elettrolitiche solide stabili (SEI). In confronto, anodi realizzati con leghe di silicio soffrono di sbiadimento della capacità a causa della loro elevata variazione di volume, che può raggiungere il 300%, provoca la rottura delle leghe e la formazione di SEI instabili.
I ricercatori suggeriscono che il silicio estratto dalla lolla di riso potrebbe aiutare a soddisfare la crescente domanda di silicio nelle batterie utilizzate per far funzionare dispositivi elettronici portatili e veicoli elettrici ibridi. Ciò consentirebbe a un prodotto di scarto di una delle colture più popolari al mondo di contribuire allo sviluppo di tecnologie avanzate.
© 2013 Phys.org
