(Phys.org) —Silikon är mycket efterfrågat. Vid användning i litiumjonbatterier (LIB), som driver smartphones och el- och hybridbilar, kiselanoder har en mycket större teoretisk kapacitet än konventionella grafitanoder. Dock, anoder gjorda av kisellegeringar lider av kapacitetsblekning, vilket gör dem ineffektiva. Jang Wook Choi och hans kollegor vid flera koreanska universitet har hittat ett sätt att omvandla kiseldioxid från risskal, en billig och allmänt tillgänglig resurs, i kisel för användning i högpresterande LIB. Detta kisel har en naturligt förekommande nanoporös struktur som förhindrar att kapaciteten bleknar. Forskningen visas i Förfaranden från National Academy of Sciences .

Ris är en basföda för mer än en tredjedel av världens befolkning. Varje år, risodlare producerar cirka 422 miljoner ton. Risskal, en avfallsprodukt som produceras under odling, utgör cirka 20 procent av detta. Eftersom dessa skal är mycket slipande, jordbrukstillverkare använder dem i billiga föremål, t.ex. gödningsmedelstillsatser, uppfödningsmattor och sängjord, som utnyttjar denna kvalitet.

Choi och hans team tror att risskal kan ha en mer värdefull användning. De innehåller stora mängder kiseldioxid, vilka ingenjörer kan konvertera till kisel för användning i LIB. Kiseldioxid innehåller mellan 15 och 20 procent av en risskals vikt. Denna kiseldioxid har utvecklats till att bli nanoporös, så att luft och fukt kan komma in i riskärnor men bakterier och insekter inte.

Forskarna extraherade rent kisel från risskalskiseldioxid genom att tillsätta syra och värme för att avlägsna metalliska föroreningar och organiska komponenter och sedan använda magnesium för att reducera kiseldioxiden till kisel. Denna behandling bevarade den tredimensionella porösa nanostrukturen. De belagde sedan detta kisel med kol och använde det i anoder i litiummyntceller.

Chois team fann att dessa anoder var mer effektiva än anoder gjorda av kisellegeringar. Anoderna gjorda av risskalkisel hade hög coulombisk effektivitet och utmärkt urladdningskapacitet, vilket laget tillskrev kiselns sammankopplade porösa struktur som möjliggör bildandet av stabila fasta elektrolytgränssnitt (SEI). I jämförelse, anoder gjorda av kisellegeringar lider av kapacitetsblekning eftersom deras höga volym förändras, som kan nå 300%, får legeringarna att spricka och instabila SEI bildas.

Forskarna föreslår att kisel extraherat från risskal kan hjälpa till att möta den ökande efterfrågan på kisel i batterier som används för att driva bärbara elektroniska enheter och hybridelektriska fordon. Detta skulle göra det möjligt för en avfallsprodukt från en av världens mest populära grödor att bidra till utvecklingen av avancerad teknik.

© 2013 Phys.org