Исследования, проведенные в Университете Мичигана, продемонстрировали, что сжигание рисовых шелух может значительно повысить эффективность аккумуляторов. Ученые обнаружили, что при правильной обработке золы от сожженных рисовых шелух формируется новый вид углерода, который может превзойти графит в аккумуляторных приложениях. Этот инновационный материал, называемый «твердый углерод», обладает уникальной наноструктурой, позволяющей ему хранить больше энергии по сравнению с графитом, который в настоящее время является стандартом для литий-ионных батарей.
Метод получения твердого углерода через сжигание является более экологически чистым и эффективным, чем традиционные процессы, требующие высоких температур и бескислородных условий. Кроме того, использование рисовых шелух может снизить зависимость от импорта графита, что важно для производства электродов аккумуляторов. Зола рисовых шелух состоит в основном из кремнезема (около 90%) и углерода (около 10%). Исследовательская группа разработала метод удаления кремнезема из золы, что позволяет получить углеродное содержание до 60-70%.
Ранее считалось, что углеродные остатки в золе рисовой шелухи аморфны и не имеют четкой структуры. Однако современные спектроскопические методы показали наличие мелких графитоподобных структур внутри аморфного углерода. Этот интересный состав, известный как твердый углерод, демонстрирует превосходные характеристики по сравнению с чистым аморфным углеродом. В ходе испытаний твердый углерод из золы рисовой шелухи показал лучшие электрохимические свойства по сравнению как с коммерческим твердым углеродом, так и с графитом, что указывает на его потенциальное использование в качестве анодного материала для литий-ионных батарей.
Одно грамм графита может хранить примерно 370 миллиампер-часов (мАч) электрической энергии. В то время как коммерческий твердый углерод способен хранить около 500 мАч на грамм, твердый углерод из золы рисовой шелухи превосходит оба эти показателя и достигает более 700 мАч на грамм — это почти в два раза больше, чем у графита. Нанопористая структура твердого углерода из золы рисовой шелухи значительно улучшает его способность к хранению лития. Это открытие может помочь удовлетворить растущий спрос на аккумуляторы для электромобилей и систем хранения возобновляемой энергии.
Данная технология представляет собой более устойчивую и экономически эффективную альтернативу традиционным методам производства графита, минимизируя воздействие на окружающую среду и снижая производственные расходы. С учетом того, что США ежегодно производят около 20 миллиардов фунтов риса, существует значительный потенциал для широкомасштабного внедрения этого инновационного подхода. Результаты исследования были опубликованы в журнале Advanced Sustainable Systems.
