Romanzo, Approccio Biologicamente Ispirato alle Batterie Ad Alto Rendimento

Il Professor Daniel Morse, Dipartimento di Molecolare, di Cellulare e Biologia dello Sviluppo, Università di California, Santa Barbara
Autore Corrispondente: d_morse@lifesci.ucsb.edu

I Nuovi materiali sono necessari trasformare radicalmente i risparmi di temi di sfruttamento, di trasduzione, di archiviazione e della consegna di energia, eppure la sintesi dei compositi avanzati e dei semiconduttori multi-metallici con i nanostructures ottimizzati per queste funzioni rimane controllato capito male ed ancor meno buono.

Gli scienziati dell'UCSB ora hanno messo a punto un nuovo, metodo biologicamente ispirato rivoluzionario per la sintesi dei semiconduttori che credono possono rispondere a questo bisogno. Scoprendo il segreto del meccanismo di fondo da cui gli organismi viventi possono fare i nanostructures di vetro alla bassa temperatura (per formare gli scheletri di determinate spugne), hanno messo a punto un nuovo metodo rivoluzionario per la sintesi catalitica di una vasta gamma di di semiconduttori e di metalli nanostructured che funziona alla bassa temperatura ed a basso costo relativamente.

A Differenza dei metodi convenzionali di sintesi a semiconduttore che funzionano a temperatura elevata e richiedono le catene di montaggio costose, questo nuovo, metodo biologicamente ispirato produce i metalli ed i semiconduttori nanostructured cineticamente gestendo la loro crescita con l'uso dei catalizzatori - appena poichè gli scienziati hanno scoperto che la natura fa.

Facendo Uso di questo nuovo metodo a bassa temperatura, hanno sviluppato le nanoparticelle consistenti di un composito novello di stagno disperse costante in tutto la matrice compiacente e conduttiva delle microparticelle della grafite. Il risultato1 è un anodo ad alto rendimento per gli Accumulatori liti-ione con il più alta capacità elettrica di 30% (su una peso-base; capacità elevata di 50% su una base del volume) che l'anodo commerciale corrente utilizzato della grafite da solo e con stabilità solida come roccia.

Contrariamente agli sforzi dei produttori che hanno tentato di fare i simili compositi meccanicamente macinando lo stagno e la grafite insieme, il gruppo dell'UCSB coltiva le nanoparticelle dello stagno cataliticamente, dentro i pori della grafite, così raggiungendo un più il matrimonio di intimo dei due materiali, mentre conserva l'alta cristallinità apprezzata della grafite (un materiale fragile, distrutto rapidamente macinando).

Accumulatori liti-ione - a volte citati come batterie dello Li-Ione, è un tipo della batteria ricaricabile in cui gli ioni del litio si muovono dall'elettrodo negativo (catodo) verso l'elettrodo positivo (anodo) durante lo scarico e dal catodo all'anodo una volta caricato. Gli Accumulatori liti-ione sono comuni in prodotti elettronici di consumo portatili a causa dei loro alti rapporti del energia--peso, mancanza di effetto di memoria, perdita lenta di tassa una volta non in uso e breve durata della vita.

“Il grande vantaggio di questo nuovo composito,„ secondo il Professor Daniel Morse del leader della squadra ed il Dott. Hong-Li Zhang, rivelatore di questo anodo, “dalla sua più alta capacità elettrica, è la sua stabilità eccellente durante i cicli multipli della batteria che si caricano e che scaricano.

“I Metalli quale stagno lungamente sono stati sanno per avere una capacità elettrochimica significativamente più alta che la grafite ed altri moduli di carbonio utilizzati oggi in batterie commerciali, ma soffrono l'espansione e la contrazione enormi con ogni ciclo dell'entrata e dell'uscita degli ioni del litio nel metallo con ogni ciclo di caricarsi e di scarico, rapidamente di indurre il metallo a disintegrare e perdere la connettività elettrica e così rapidamente di perdita della potenza.

Al contrario, nel nuovo composito fatto dal gruppo dell'UCSB, le nanoparticelle dello stagno forniscono la loro più alta capacità elettrica, mentre la grafite conduttiva e resiliente, porosa fornisce una matrice compiacente capace di bufferizzare ed accomodare le grandi variazioni di volume in cui accompagni il reversibile che unisce in lega e cheunisce in lega di Li e dalle nanoparticelle dello stagno. Quindi, questo nuovo composito esibisce una stabilità e un mantenimento notevoli di capacità elevata durante i cicli multipli del carico e di scarico, senza la perdita significativa nella capacità veduta tipicamente in altri elettrodi compositi.

Catodi - gli altri elettrodi essenziali in batterie - con questo metodo capacità più su elettrica fatta del documento 70% che i livelli commerciali attuali, anche con il cyclability superiore. Il gruppo all'UCSB egualmente sta sviluppando un materiale novello della sicurezza che chiuderà rapidamente la batteria in caso di cortocircuito, così impedendo gli incendi e le esplosioni che continuano a contagiare i produttori dell'Accumulatore litio-ione, causanti i richiami massicci di decine di milioni di batterie nell'esperienza recente.

Il gruppo dell'UCSB unico, metodo della sintesi cineticamente controllata è il tasto. I trattamenti Convenzionali usati dall'industria oggi non possono fare semplicemente i materiali con i beni descritti precedentemente.


Riferimento

1. Zhang, H. - L. e D.E. Morse. 2009. catalisi di Vapore-Diffusione e materiali carbothermal in situ dell'anodo di Sn@C di rendimento elevato dei rendimenti di riduzione per gli Accumulatori liti-ione. J. Mater. Chim. (in stampa).

Copyright AZoNano.com, il Professor Daniel Morse (Università di Calfornia, di Santa Barbara)

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

Last Update: 13. June 2013 23:17

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