(Phys.org) — Er is veel vraag naar silicium. Bij gebruik in lithium-ionbatterijen (LIB's), die smartphones en elektrische en hybride auto's aandrijven, siliciumanoden hebben een veel grotere theoretische capaciteit dan conventionele grafietanodes. Echter, anodes gemaakt van siliciumlegeringen hebben last van capaciteitsvervaging, waardoor ze inefficiënt zijn. Jang Wook Choi en zijn collega's van verschillende Koreaanse universiteiten hebben een manier gevonden om silica om te zetten uit rijstschillen, een goedkope en algemeen beschikbare hulpbron, in silicium voor gebruik in hoogwaardige LIB's. Dit silicium heeft een van nature voorkomende nanoporeuze structuur die capaciteitsvervaging voorkomt. Het onderzoek verschijnt in de Proceedings van de National Academy of Sciences .

Rijst is een hoofdvoedsel voor meer dan een derde van de wereldbevolking. Elk jaar, rijsttelers produceren ongeveer 422 miljoen ton. Rijstschillen, een afvalproduct dat ontstaat tijdens de teelt, maken hier ongeveer 20 procent van uit. Omdat deze schillen zeer schurend zijn, landbouwproducenten gebruiken ze in goedkope artikelen, zoals kunstmestadditieven, veeteeltdekens en bedaarde, die profiteren van deze kwaliteit.

Choi en zijn team zijn van mening dat rijstschillen een waardevoller gebruik kunnen hebben. Ze bevatten grote hoeveelheden silica, die ingenieurs kunnen converteren naar silicium voor gebruik in LIB's. Silica omvat tussen de 15 en 20 procent van het gewicht van een rijstschil. Dit silica is geëvolueerd om nanoporeus te zijn, zodat lucht en vocht de rijstkorrels kunnen binnendringen, maar bacteriën en insecten niet.

De onderzoekers haalden puur silicium uit rijstschilsilica door zuur en warmte toe te voegen om metallische onzuiverheden en organische componenten te verwijderen en vervolgens magnesium te gebruiken om het siliciumdioxide tot silicium te reduceren. Deze behandeling behield de driedimensionale poreuze nanostructuur. Ze bedekten dit silicium vervolgens met koolstof en gebruikten het in anoden in lithium-knoopcellen.

Choi's team ontdekte dat deze anoden efficiënter waren dan anoden gemaakt met siliciumlegeringen. De anoden gemaakt van silicium van rijstkaf hadden een hoge coulombefficiëntie en een uitstekend behoud van de afvoercapaciteit, die het team toeschreef aan de onderling verbonden poreuze structuur van het silicium die de vorming van stabiele vaste elektrolytinterfaces (SEI's) mogelijk maakt. In vergelijking, anodes gemaakt van siliciumlegeringen lijden aan capaciteitsvervaging vanwege hun grote volumeverandering, die 300% kan bereiken, zorgt ervoor dat de legeringen breken en onstabiele SEI's worden gevormd.

De onderzoekers suggereren dat silicium gewonnen uit rijstschillen kan helpen om te voldoen aan de toenemende vraag naar silicium in batterijen die worden gebruikt voor draagbare elektronische apparaten en hybride elektrische voertuigen. Hierdoor zou een afvalproduct van een van 's werelds meest populaire gewassen kunnen bijdragen aan de ontwikkeling van geavanceerde technologieën.

© 2013 Phys.org