Dans le sens des aiguilles d'une montre en partant du haut à gauche :plant de riz, balles de riz, poudre de silice blanche extraite de balles de riz, poudre de silicium jaunâtre convertie à partir de la poudre de silice, une image au microscope électronique de la structure poreuse interconnectée du silicium, un exemple de véhicules électriques où les anodes en silicium devraient jouer un rôle essentiel dans la réduction du poids des batteries rechargeables. Crédit :Dae Soo Jung.
(Phys.org) —Le silicium est très demandé. Lorsqu'il est utilisé dans des batteries lithium-ion (LIB), qui alimentent les smartphones et les voitures électriques et hybrides, les anodes en silicium ont une capacité théorique bien supérieure à celle des anodes en graphite classiques. Cependant, les anodes en alliages de silicium souffrent d'un évanouissement de capacité, ce qui les rend inefficaces. Jang Wook Choi et ses collègues de plusieurs universités coréennes ont trouvé un moyen de convertir la silice des balles de riz, une ressource bon marché et largement disponible, en silicium pour une utilisation dans des LIB hautes performances. Ce silicium a une structure nanoporeuse naturelle qui empêche la décoloration de la capacité. La recherche apparaît dans le Actes de l'Académie nationale des sciences .
Le riz est un aliment de base pour plus d'un tiers de la population mondiale. Chaque année, les riziculteurs produisent environ 422 millions de tonnes métriques. Les balles de riz, un déchet produit pendant la culture, représentent environ 20 pour cent de cela. Parce que ces cosses sont très abrasives, les fabricants agricoles les utilisent dans des articles bon marché, tels que les additifs d'engrais, tapis d'élevage et terreau, qui profitent de cette qualité.
Choi et son équipe pensent que les balles de riz pourraient avoir une utilisation plus précieuse. Ils contiennent de grandes quantités de silice, que les ingénieurs peuvent convertir en silicium pour une utilisation dans les LIB. La silice représente entre 15 et 20 pour cent du poids d'une balle de riz. Cette silice a évolué pour être nanoporeuse, de sorte que l'air et l'humidité puissent pénétrer dans les grains de riz, mais pas les bactéries et les insectes.
Les chercheurs ont extrait du silicium pur de la silice de balle de riz en ajoutant de l'acide et de la chaleur pour éliminer les impuretés métalliques et les composants organiques, puis en utilisant du magnésium pour réduire la silice en silicium. Ce traitement a préservé la nanostructure poreuse tridimensionnelle. Ils ont ensuite recouvert ce silicium de carbone et l'ont utilisé dans les anodes des piles boutons au lithium.
L'équipe de Choi a découvert que ces anodes étaient plus efficaces que les anodes en alliages de silicium. Les anodes en silicium de balle de riz avaient une efficacité coulombienne élevée et une excellente rétention de la capacité de décharge, que l'équipe a attribué à la structure poreuse interconnectée du silicium permettant la formation d'interfaces d'électrolyte solide (SEI) stables. En comparaison, les anodes fabriquées à partir d'alliages de silicium souffrent d'une décoloration de capacité en raison de leur changement de volume élevé, qui peut atteindre 300%, provoque la rupture des alliages et la formation de SEI instables.
Les chercheurs suggèrent que le silicium extrait des balles de riz pourrait aider à répondre à la demande croissante de silicium dans les batteries utilisées pour faire fonctionner les appareils électroniques portables et les véhicules électriques hybrides. Cela permettrait à un déchet de l'une des cultures les plus populaires au monde de contribuer au développement de technologies de pointe.
© 2013 Phys.org
