Roman, Élan Biologiquement Inspiré aux Batteries Performantes

Professeur Daniel Morse, Service de Moléculaire, de Cellulaire, et Biologie du Développement, Université de Californie, Santa Barbara
Auteur Correspondant : d_morse@lifesci.ucsb.edu

Les matériaux Neufs sont nécessaires pour transformer radicalement les efficiences de l'exploitation, de la transduction, de la mémoire et de l'accouchement d'énergie, pourtant la synthèse des composés avancés et des semi-conducteurs multi-métalliques avec des nanostructures optimisés pour ces fonctionnements demeure réglée mal compris et même moins bon.

Les scientifiques d'UCSB ont maintenant développé une méthode nouvelle et biologiquement inspirée révolutionnaire pour la synthèse des semi-conducteurs qu'ils croient peuvent satisfaire ce besoin. Découvrant le secret du mécanisme fondamental par lequel les organismes vivants peuvent effectuer des nanostructures de la glace à la basse température (pour former les squelettes de certaines éponges), ils ont développé une méthode neuve révolutionnaire pour la synthèse catalytique d'un large éventail de semi-conducteurs et de métaux nanostructured qui fonctionne à la basse température, et relativement au coût bas.

À La Différence des méthodes conventionnelles de synthèse de semi-conducteur qui fonctionnent à la température élevée et exigent les chaînes de montage coûteuses, cette méthode nouvelle et biologiquement inspirée produit les métaux et les semi-conducteurs nanostructured en réglant cinétique leur accroissement par l'utilisation des catalyseurs - juste comme les scientifiques découvraient que la nature fait.

Suivre cette méthode à basse température neuve, ils ont développé les nanoparticles se composants composés nouveaux de l'étain uniformément dispersés dans toute la modification conforme et conductrice des microparticules de graphite. Le résultat1 est une anode performante pour des batteries d'ion de lithium d'une capacité électrique plus élevée de 30% (sur une grammage-base ; une capacité plus élevée de 50% sur une base de volume) que l'anode commerciale actuel utilisée seul du graphite, et avec la stabilité inébranlable.

Contrairement aux efforts des constructeurs qui ont essayé d'effectuer les composés assimilés en meulant mécaniquement l'étain et le graphite ensemble, l'équipe d'UCSB élève les nanoparticles de bidon catalytiquement, à l'intérieur des pores du graphite, de ce fait réalisant un plus assemblage intime des deux matériaux, tout en maintenant la cristalinité élevée précieuse du graphite (un matériau fragile, rapidement détruit par le meulage).

Batteries lithium-ion - parfois désignées sous le nom des Batteries Li-ion, sont un type de batterie rechargeable lequel les ions de lithium déménagent de l'électrode négative (cathode) à l'électrode positive (anode) pendant le débit, et de la cathode à l'anode une fois chargé. Les Batteries lithium-ion sont communes dans l'électronique grand public portative à cause de leurs taux élevés d'énergie-à-grammage, de manque d'effet de mémoire, de perte lente de charge si non utilisables, et de courte durée.

« Le grand avantage de ce composé neuf, » selon Professeur Daniel Morse de meneur d'équipe, et M. Hong-Li Zhang, révélateur de cette anode, « de sa capacité électrique plus élevée, est son excellente stabilité pendant les cycles multiples du chargement de batterie et de décharger.

Les « Métaux tels que l'étain ont longtemps été savent pour avoir une capacité électrochimique sensiblement plus élevée que le graphite et d'autres formes de carbone utilisés dans des batteries commerciales aujourd'hui, mais ils souffrent l'énormes extension et contraction avec chaque cycle d'entrée et de sortie des ions de lithium dans le métal avec chaque cycle du remplissage et de décharger, de faire rapidement désagréger et détruire le métal la connectivité électrique, et ainsi de détruire rapidement l'alimentation électrique.

En revanche, dans le composé neuf effectué par l'équipe d'UCSB, les nanoparticles de bidon fournissent leur capacité électrique plus élevée, alors que le graphite conducteur et résilient, poreux fournit une modification conforme capable mettre en mémoire tampon et faciliter les modifications de large volume dans lesquelles accompagnez le réversible alliant et De-alliant de Li et hors des nanoparticles de bidon. Ainsi, ce composé neuf montre une stabilité et une maintenance remarquables de grande capacité pendant les cycles multiples du remplissage et de décharger, sans perte importante dans la capacité type vue dans d'autres électrodes composées.

Cathodes - les autres électrodes essentielles dans des batteries - par cette méthode capacité plus haut électrique effectuée du document 70% que les niveaux commerciaux actuels, aussi avec le cyclability supérieur. L'équipe à l'UCSB également développe un matériau nouveau de sécurité qui coupera rapidement la batterie en cas d'un court circuit, de ce fait évitant les incendies et les décompositions qui continuent à infester des constructeurs de batterie d'ion de lithium, entraînant des rappels massifs des dizaines de millions de batteries dans le passé récent.

L'équipe d'UCSB seule, méthode de synthèse cinétique réglée est la clé. Les procédés Conventionnels employés par industrie aujourd'hui simplement ne peuvent pas effectuer des matériaux avec les propriétés décrites ci-dessus.


Référence

1. Zhang, H. - L. et D.E. Morse. 2009. catalyse de Vapeur-Diffusion et matériaux carbothermal in situ d'anode de Sn@C de haute performance de rendements de réduction pour des batteries d'ion de lithium. J. Mère. Chim. (en cours d'impression).

Droit d'auteur AZoNano.com, Professeur Daniel Morse (Université de Calfornia, de Santa Barbara)

Date Added: Oct 1, 2009 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 13. June 2013 23:10

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