No sentido horário a partir do canto superior esquerdo:planta de arroz, cascas de arroz, pó de sílica branca extraído de cascas de arroz, pó de silício amarelado convertido a partir do pó de sílica, uma imagem de microscópio eletrônico da estrutura porosa interconectada do silício, um exemplo de veículos elétricos em que se espera que os ânodos de silício desempenhem papéis essenciais na redução do peso das baterias recarregáveis. Crédito:Dae Soo Jung.
(Phys.org) - O silicone tem grande demanda. Quando usado em baterias de íon de lítio (LIBs), que alimentam smartphones e carros elétricos e híbridos, os ânodos de silício têm uma capacidade teórica muito maior do que os ânodos de grafite convencionais. Contudo, ânodos feitos de ligas de silício sofrem de desbotamento de capacidade, o que os torna ineficientes. Jang Wook Choi e seus colegas em várias universidades coreanas encontraram uma maneira de converter a sílica da casca de arroz, um recurso barato e amplamente disponível, em silício para uso em LIBs de alto desempenho. Este silício tem uma estrutura nanoporosa que ocorre naturalmente e evita o desbotamento da capacidade. A pesquisa aparece no Proceedings of the National Academy of Sciences .
O arroz é um alimento básico para mais de um terço da população mundial. Todo ano, os produtores de arroz produzem cerca de 422 milhões de toneladas métricas. Cascas de arroz, um produto residual produzido durante o cultivo, compõem cerca de 20 por cento disso. Porque essas cascas são muito abrasivas, fabricantes agrícolas os usam em itens baratos, como aditivos para fertilizantes, tapetes de criação de gado e solo de cama, que tiram proveito desta qualidade.
Choi e sua equipe acreditam que as cascas de arroz podem ter um uso mais valioso. Eles contêm grandes quantidades de sílica, que os engenheiros podem converter em silício para uso em LIBs. A sílica representa entre 15 e 20 por cento do peso da casca de arroz. Esta sílica evoluiu para ser nanoporosa, de modo que o ar e a umidade podem entrar nos grãos de arroz, mas as bactérias e os insetos não.
Os pesquisadores extraíram silício puro da sílica da casca de arroz adicionando ácido e calor para remover impurezas metálicas e componentes orgânicos e, em seguida, usando magnésio para reduzir a sílica a silício. Este tratamento preservou a nanoestrutura tridimensional porosa. Eles então revestiram esse silício com carbono e o usaram em ânodos em células de moeda de lítio.
A equipe de Choi descobriu que esses ânodos eram mais eficientes do que os ânodos feitos com ligas de silício. Os ânodos feitos de silício de casca de arroz tiveram alta eficiência coulômbica e excelente capacidade de retenção de descarga, que a equipe atribuiu à estrutura porosa interconectada do silício, permitindo a formação de interfaces de eletrólito sólido (SEIs) estáveis. Em comparação, anodos feitos de ligas de silício sofrem de enfraquecimento de capacidade devido à mudança de alto volume, que pode chegar a 300%, faz com que as ligas se quebrem e se formem SEIs instáveis.
Os pesquisadores sugerem que o silício extraído da casca de arroz pode ajudar a atender à crescente demanda por silício em baterias usadas para operar dispositivos eletrônicos portáteis e veículos elétricos híbridos. Isso permitiria que um resíduo de uma das safras mais populares do mundo contribuísse para o desenvolvimento de tecnologias avançadas.
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