En el sentido de las agujas del reloj desde la parte superior izquierda:planta de arroz, cáscaras de arroz, polvo de sílice blanco extraído de la cáscara de arroz, polvo de silicio amarillento convertido a partir del polvo de sílice, una imagen de microscopio electrónico de la estructura porosa interconectada del silicio, un ejemplo de vehículos eléctricos en los que se espera que los ánodos de silicio desempeñen un papel fundamental en la reducción del peso de las baterías recargables. Crédito:Dae Soo Jung.
(Phys.org) —El silicio tiene una gran demanda. Cuando se utiliza en baterías de iones de litio (LIB), que alimentan teléfonos inteligentes y automóviles eléctricos e híbridos, Los ánodos de silicio tienen una capacidad teórica mucho mayor que los ánodos de grafito convencionales. Sin embargo, los ánodos hechos de aleaciones de silicio sufren pérdida de capacidad, lo que los hace ineficaces. Jang Wook Choi y sus colegas de varias universidades coreanas han encontrado una manera de convertir la sílice de las cáscaras de arroz. un recurso barato y ampliamente disponible, en silicio para su uso en LIB de alto rendimiento. Este silicio tiene una estructura nanoporosa de origen natural que evita la pérdida de capacidad. La investigación aparece en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias .
El arroz es un alimento básico para más de un tercio de la población mundial. Todos los años, los cultivadores de arroz producen alrededor de 422 millones de toneladas métricas. Cáscaras de arroz, un producto de desecho producido durante el cultivo, constituyen aproximadamente el 20 por ciento de esto. Debido a que estas cáscaras son muy abrasivas, los fabricantes agrícolas los utilizan en artículos baratos, como aditivos fertilizantes, alfombras y sustratos para ganadería, que aprovechan esta cualidad.
Choi y su equipo creen que las cáscaras de arroz podrían tener un uso más valioso. Contienen grandes cantidades de sílice, que los ingenieros pueden convertir a silicio para su uso en LIB. La sílice comprende entre el 15 y el 20 por ciento del peso de la cáscara de arroz. Esta sílice ha evolucionado para ser nanoporosa, de modo que el aire y la humedad puedan entrar en los granos de arroz, pero las bacterias y los insectos no.
Los investigadores extrajeron silicio puro de la sílice de la cáscara de arroz agregando ácido y calor para eliminar las impurezas metálicas y los componentes orgánicos y luego usando magnesio para reducir la sílice a silicio. Este tratamiento preservó la nanoestructura porosa tridimensional. Luego recubrieron este silicio con carbono y lo usaron en ánodos en pilas de moneda de litio.
El equipo de Choi descubrió que estos ánodos eran más eficientes que los ánodos hechos con aleaciones de silicio. Los ánodos hechos de silicio de cáscara de arroz tenían una alta eficiencia culómbica y una excelente capacidad de retención de descarga, que el equipo atribuyó a la estructura porosa interconectada del silicio que permite la formación de interfaces de electrolitos sólidos estables (SEI). En comparación, Los ánodos hechos de aleaciones de silicio sufren pérdida de capacidad debido a su alto cambio de volumen, que puede llegar al 300%, hace que las aleaciones se fracturen y se formen SEI inestables.
Los investigadores sugieren que el silicio extraído de las cáscaras de arroz podría ayudar a satisfacer la creciente demanda de silicio en las baterías utilizadas para hacer funcionar dispositivos electrónicos portátiles y vehículos eléctricos híbridos. Esto permitiría que un producto de desecho de uno de los cultivos más populares del mundo contribuyera al desarrollo de tecnologías avanzadas.
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