据外媒报道，密歇根大学（University of Michigan）研究人员发现烧焦的稻壳灰烬中存在一种碳。这种可持续“硬”碳来源在电池电极中的表现优于普通石墨，几乎可使常规锂离子或钠离子电池的能量密度翻倍。

STEM成像显示从稻壳灰中去除硅后留下的多孔碳网状物（图片来源：密歇根大学）

这是首次演示通过燃烧来制造硬碳。以往人们认为，只能通过在氮气或氩气等无氧环境中将生物质（如农业废弃物）加热到约1200°C来制造硬碳。该工艺也比用生物质生产的石墨更具可持续性。利用生物质来生产石墨，必须加热到2000°C或更高的温度，每生产一吨电池级石墨会产生5-10吨二氧化碳。

在之前的工作中，该团队展示了部分去除稻壳灰中的二氧化硅的方法，稻壳灰中大约含有90%的二氧化硅和10%的碳。这种二氧化硅可用于生产太阳能电池或半导体中使用的高纯度硅。通过解聚过程从稻壳灰中去除部分二氧化硅后，剩余灰分中的碳含量约为60%-70%。

基于X射线照射该材料时形成的图案，人们认为剩余的碳无定形且杂乱无章，这种材料被称为无定形碳。然而，专门反映分子层面细节的光谱技术揭示无定形碳基质中存在纳米级微小石墨岛。这种缀有石墨的无定形碳混合物被称为硬碳。密歇根大学材料科学与工程及大分子科学与工程教授Richard Laine表示：“在这种情况下，通过燃烧可以产生硬碳。因为当烧掉稻壳中的碳时，剩余碳周围会形成一层二氧化硅壳，然后像烤馅饼一样烘烤它。”

测试显示，将从稻壳灰中获得的硬碳用作锂离子电池阳极（电荷从电池中流出的点），其电化学性能优于商业硬碳和石墨。一克商用硬碳可以吸附足够的锂来存储约500mAh的电量（mAh是描述电池存储容量的电荷单位）。相比之下，一克石墨吸附的锂约为370 mAh。而稻壳灰硬碳超过两者，其存储容量在700 mAh以上，几乎是石墨的两倍。

研究人员认为，这种分离（isolated）硬碳的纳米孔结构有助于提高锂容量。将农业废弃物转化为有价值的稻壳灰硬碳产品，可以帮助满足人们对电动汽车电池和储存间歇性可再生能源日益增长的需求，同时降低成本和排放。

密歇根大学的这项工作主要由美国国家科学基金会（National Science Foundation）和梅赛德斯-奔驰北美研发中心（Mercedes-Benz Research & Development North America）资助。另外，参与此项研究的还包括德国卡尔斯鲁厄理工学院（Karlsruhe Institute of Technology）的Sylvio Indris。Wadham Energy提供了研究中使用的稻壳灰。密歇根材料特性中心（Michigan Center for Materials Characterization）对这一过程进行了部分研究。