稻殼中的硅可制造高效鋰電池

據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日報道，韓國研究人員找到了一種方法，可從稻殼中的二氧化硅提純硅，這種硅具有天然的納米孔結(jié)構(gòu)，由其制成的硅陽極能夠避免容量衰減，從而提高鋰離子電池的性能。該研究已發(fā)表于美國《國家科學(xué)院院刊》。

硅可用來制造智能手機(jī)、電動汽車和混合動力汽車中鋰離子電池的陽極。與傳統(tǒng)的石墨陽極相比，硅合金陽極的理論容量雖然更大，但卻很容易發(fā)生容量衰減，這使得它們效率低下。

大米是世界三分之一以上人口的主食，全球水稻年產(chǎn)量可達(dá)4.22億噸，但其中有20%是稻殼這一廢料所占的分量。稻殼通常被用來制造一些廉價物品，如化肥添加劑、畜牧業(yè)用地毯和育苗床土等。

但韓國研究人員崔章宇(音譯)和他的團(tuán)隊相信，稻殼可以發(fā)揮更大的利用價值。稻殼中含有大量二氧化硅，幾乎占稻殼重量的15%到20%，并且為了阻隔空氣和水分進(jìn)入米粒，其已演化成了納米孔結(jié)構(gòu)。

研究人員先通過加入酸和熱處理的方式去除稻殼中的金屬雜質(zhì)和有機(jī)成分，然后用鎂將硅從二氧化硅中提純出來。這種方法使三維多孔納米結(jié)構(gòu)能夠保留下來。最后，他們在得到的硅上涂抹碳層，并將其作為鋰紐扣電池的陽極使用。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，這些陽極比硅合金陽極更高效。由稻殼中提純的硅制成的陽極具有很高的庫侖效率和優(yōu)異的放電容量保持率，研究人員認(rèn)為，這是由于其互連的多孔結(jié)構(gòu)能夠幫助形成穩(wěn)定的固體電解質(zhì)界面。相比之下，硅合金陽極的容積變化率高達(dá)300%，容易造成合金斷裂、形成的固體電解質(zhì)界面不穩(wěn)定，因而存在容量衰減問題。

研究人員認(rèn)為，從稻殼中提取硅有助于滿足便攜式電子設(shè)備和混合動力電動汽車電池不斷增加的硅需求，而作為世界上最廣泛種植作物之一的水稻，也能因此為先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展作出貢獻(xiàn)。