稻壳中的硅可制造高效锂电池

据物理学家组织网近日报道，韩国研究人员找到了一种方法，可从稻壳中的二氧化硅提纯硅，这种硅具有天然的纳米孔结构，由其制成的硅阳极能够避免容量衰减，从而提高锂离子电池的性能。该研究已发表于美国《国家科学院院刊》。

硅可用来制造智能手机、电动汽车和混合动力汽车中锂离子电池的阳极。与传统的石墨阳极相比，硅合金阳极的理论容量虽然更大，但却很容易发生容量衰减，这使得它们效率低下。

大米是世界三分之一以上人口的主食，全球水稻年产量可达4.22亿吨，但其中有20%是稻壳这一废料所占的分量。稻壳通常被用来制造一些廉价物品，如化肥添加剂、畜牧业用地毯和育苗床土等。

但韩国研究人员崔章宇(音译)和他的团队相信，稻壳可以发挥更大的利用价值。稻壳中含有大量二氧化硅，几乎占稻壳重量的15%到20%，并且为了阻隔空气和水分进入米粒，其已演化成了纳米孔结构。

研究人员先通过加入酸和热处理的方式去除稻壳中的金属杂质和有机成分，然后用镁将硅从二氧化硅中提纯出来。这种方法使三维多孔纳米结构能够保留下来。最后，他们在得到的硅上涂抹碳层，并将其作为锂纽扣电池的阳极使用。

实验结果显示，这些阳极比硅合金阳极更高效。由稻壳中提纯的硅制成的阳极具有很高的库仑效率和优异的放电容量保持率，研究人员认为，这是由于其互连的多孔结构能够帮助形成稳定的固体电解质界面。相比之下，硅合金阳极的容积变化率高达300%，容易造成合金断裂、形成的固体电解质界面不稳定，因而存在容量衰减问题。

研究人员认为，从稻壳中提取硅有助于满足便携式电子设备和混合动力电动汽车电池不断增加的硅需求，而作为世界上最广泛种植作物之一的水稻，也能因此为先进技术的发展作出贡献。