A magas kapacitású lítiumion-akkumulátorok következő generációja jobb elektromos járművek és sokféle egyéb energiatárolási lehetőség előtt nyithatja meg az utat. Az akkuk fejlesztésének egyik lehetséges módszere a szakértők szerint a jelenleg használatos szén anódok szilíciumra cserélése lenne, mivel ennek révén akár tízszeresére növelhető a kapacitás.
A szilícium anódok kifejlesztésére tett eddigi próbálkozások azonban komoly akadályokba ütköztek. A kapacitás minden egyes töltési ciklussal romlik, mivel a szilícium komoly alakváltozásokon, megduzzadáson, illetve zsugorodáson megy át töltődés és kisülés közben, ami roncsolja az anód szerkezetét, idővel használhatatlanná téve azt. A kutatók egy része úgy véli, hogy valamiféle mesterséges nanoszerkezet kialakításában rejtőzhet a megoldás kulcsa, amelynek révén az anyag jobban igazodik az alakváltozásokhoz. Dél-koreai tudósok egy csoportja szintén ezen a vonalon tapogatózik, és nemrégiben egy egészen újfajta ötlettel állt elő a probléma áthidalására: rizsszemek héját használnák fel alapanyagul az anód megalkotásához.
A rizs pelyvás héjának jelenleg nincs túl sok hasznos felhasználási módja, ugyanakkor közel 20 százalékban szilícium-dioxidot tartalmaz. Az anyag védőréteget képez a rizsszem körül, amely megakadályozza a rovarok és baktériumok bejutását, viszont kellően porózus ahhoz, hogy a vizet és a levegőt átengedje. A kutatók kíváncsiak voltak arra, hogy ez a természetes eredetű nanostruktúra megoldást jelenthet-e a szilícium anódok kapacitásromlásának megakadályozására.
A tudósok sav- és hőkezelésnek tették ki a pelyvás héjat, eltávolítva belőle minden szerves összetevőt és fémszármazékot, míg végül kizárólag a 99,9 százalékban szilícium-dioxidból álló, sértetlen nanováz maradt meg. A következő lépésben a szilícium-dioxidból valahogy szilíciumot kellett csinálni, mégpedig úgy, hogy az anyag szerkezete továbbra is megőrződjön. A kutatók egy redukciós technikával próbálkoztak: magnéziumot használva, magas hőmérséklet mellett igyekeztek eltávolítani az oxigént a vázból. A módszer működött, és bár enyhén megváltoztatta a nanostruktúra szerkezetét, úgy tűnik, hogy lyukacsos jelleget sikerült megőrizni.
Az utolsó lépésben a vezetőképesség növelése érdekében szénrétegeket vittek fel a rizshéjból készült anódra, majd kipróbálták azt. Az eredmények kétségkívül nagyon meggyőzőek: az új anyag 200 töltési ciklus után is megőrizte eredeti kapacitását, és jobb teljesítményűnek bizonyult, mint a szénnel bevont szilícium nanorészecskékből készült változat. Úgy tűnik tehát, hogy a porózus nanoszerkezet révén a szilícium képes az anód működése során bekövetkező alakváltozások rugalmas kezelésére.
A szerzők szerint a rizshéjból készült anódok mindenképpen érdemesek a további kutatásokra, bár az egyelőre kérdéses, hogyan lehet költséghatékonnyá tenni előállításukat. Ugyanakkor most, hogy már tudják a szakértők, hogy milyen nanoszerkezet mellett működnek jobban a szilícium anódok, a természettől ellesett trükk talán mesterségesen is reprodukálható lehet.
