پوسته برنج سوخته قدرت باتری را به ۷۰۰ میلی‌آمپر ساعت می‌رساند، ظرفیت ذخیره‌سازی را دو برابر می‌کند
محققان نشان داده‌اند که پوسته‌های برنج سوخته می‌توانند به آینده‌ای پایدارتری از انرژی کمک کنند.
معلوم شده است که خاکستر حاصل از پوسته‌های برنج، اگر به‌طور صحیح پردازش شود، می‌تواند به شکلی از کربن تبدیل شود که در کاربردهای باتری از گرافیت پیشی بگیرد.
این “کربن سخت” دارای ساختار نانویی خاصی است که به آن اجازه می‌دهد تا انرژی بیشتری نسبت به گرافیت – که استاندارد فعلی در باتری‌های لیتیوم-یونی است – ذخیره کند.
کربن سخت از پوسته برنج سوخته
محققان دانشگاه میشیگان این کشف را با تولید کربن سخت از طریق سوختن خاکستر پوسته برنج انجام دادند.
این روش نسبت به روش‌های سنتی که نیازمند دماهای بالا و محیط‌های بدون اکسیژن هستند، پایدارتر و کارآمدتر است.
همچنین، می‌تواند به جایگزینی داخلی برای گرافیت وارداتی عمل کند و از وابستگی به منابع خارجی برای ساخت الکترودهای باتری بکاهد.
خاکستر پوسته برنج عمدتاً از سیلیکا (حدود ۹۰٪) و کربن (حدود ۱۰٪) تشکیل شده است.
تیم تحقیقاتی روش استخراج سیلیکای با خلوص بالا از خاکستر پوسته برنج را توسعه داده‌اند.
“زمانی که سیلیکا به صورت جزئی از خاکستر پوسته برنج از طریق فرآیندی به نام دی پلیمره‌سازی خارج می‌شود، خاکستر باقیمانده حدود 60%-70% کربن است”، محققان در بیانیه مطبوعاتی گفتند.
در ابتدا، باقیمانده کربن از خاکستر پوسته برنج به عنوان کربن آمورف شناخته می‌شد که فاقد ساختار تعریف شده است.
با این حال، تحلیل اسپکتروسکوپی پیشرفته وجود ساختارهای کوچک گرافیت را که در ماتریس کربن آمورف تعبیه شده‌اند، نشان داد. این ترکیب منحصر به فرد که به عنوان کربن سخت شناخته می‌شود، خواص بهتری نسبت به کربن آمورف خالص دارد.
این ترکیب منحصر به فرد از کربن آمورف که با ساختارهای کوچک گرافیت در هم آمیخته شده، به عنوان کربن سخت شناخته می‌شود.
“کربن سخت می‌تواند در این مورد از طریق سوختن تولید شود زیرا با سوختن کربن پوسته‌های برنج، پوسته‌ای از سیلیکا در اطراف کربن باقیمانده ایجاد می‌کنید و آن را مانند یک پای می‌پزید”، ریچارد لین، نویسنده مسئول این کار جدید توضیح داد.
قابلیت ذخیره‌سازی بالا
در طی آزمایش‌ها، کربن سخت به دست آمده از خاکستر پوسته برنج عملکرد الکتروشیمیایی برتری نسبت به کربن سخت تجاری و گرافیت نشان داد. این نشان می‌دهد که می‌تواند به عنوان آند در باتری‌های لیتیوم-یونی استفاده شود.
باتری‌های کربن سخت می‌توانند به مراتب انرژی بیشتری نسبت به باتری‌های گرافیت سنتی ذخیره کنند.
به گفته بیانیه مطبوعاتی، یک گرم گرافیت می‌تواند حدود ۳۷۰ میلی‌آمپر ساعت (mAh) انرژی الکتریکی ذخیره کند. mAh یک واحد معمول برای اندازه‌گیری ظرفیت باتری است.
در مقابل، کربن سخت تجاری می‌تواند حدود ۵۰۰ mAh در هر گرم ذخیره کند.
به طور چشمگیری، خاکستر پوسته برنج کربن سخت بالاتر از هر دو کربن سخت تجاری و گرافیت عمل می‌کند. این بیشتر از ۷۰۰ mAh در هر گرم ظرفیت ذخیره‌سازی را ارائه می‌دهد، که دو برابر آن از گرافیت است.
ساختار نانوپوروس ظرفیت ذخیره‌سازی لیتیوم باتری را افزایش می‌دهد.
کربن سخت خاکستر پوسته برنج می‌تواند به نیاز رو به افزایش برای باتری‌ها در خودروهای الکتریکی و ذخیره انرژی تجدیدپذیر پاسخ دهد.
این فناوری نوآورانه راه‌حلی پایدارتر و مقرون به صرفه‌تر را ارائه می‌دهد و هم از نظر زیست‌محیطی و هم از نظر هزینه تولید اثر کمتری دارد.
تولید سالانه بالای برنج ایالات متحده به میزان ۲۰ میلیارد پوند، فرصت بزرگی برای استفاده گسترده از این فناوری فراهم می‌آورد.
این یافته‌ها در ژورنال Advanced Sustainable Systems منتشر شده است.
