Nieuwe, Biologisch Geïnspireerde Benadering van Krachtige Batterijen

Professor Daniel Morse, Afdeling van Moleculaire, Cellulaire, en OntwikkelingsBiologie, Universiteit van Californië, Kerstman Barbara
Overeenkomstige auteur: d_morse@lifesci.ucsb.edu

De Nieuwe materialen zijn nodig om de efficiency van energie het uitrusten, transductie, opslag en levering radicaal om te zetten, nog blijft de synthese van geavanceerde samenstellingen en multi-metaaldiehalfgeleiders met nanostructures voor deze functies wordt geoptimaliseerd slecht begrepen enbeter eter gecontroleerd.

De wetenschappers UCSB hebben nu een revolutionaire nieuwe, biologisch geïnspireerde methode voor de synthese van halfgeleiders ontwikkeld die zij kunnen op deze behoefte gericht zijn hebben geloofd. Ontdekkend het geheim van het onderliggende mechanisme waardoor het leven de organismen nanostructures van glas bij lage temperatuur (om de skeletten van bepaalde sponsen te vormen) kunnen maken, ontwikkelden zij een revolutionaire nieuwe methode voor de katalytische synthese van een brede waaier van nanostructured halfgeleiders en metalen die bij lage temperatuur, en aan vrij lage kosten werkt.

In Tegenstelling Tot conventionele methodes van halfgeleidersynthese die bij op hoge temperatuur werken en dure lopende band vereisen, dit nieuw, produceert de biologisch geïnspireerde methode nanostructured metalen en halfgeleiders door hun groei door het gebruik van katalysators kinetisch te controleren - enkel zoals de wetenschappers ontdekte aard.

Gebruikend deze nieuwe methode bij lage temperatuur, ontwikkelden zij het nieuwe samengestelde die bestaan uit nanoparticles van tin uniform door de volgzame en geleidende matrijs van grafietmicroparticles wordt verspreid. Het resultaat1 is een krachtige anode voor lithium ionenbatterijen met 30% hogere elektrocapaciteit (op een gewicht-basis; 50% hogere capaciteit op een volumebasis) dan de momenteel gebruikte commerciële anode van alleen grafiet, en met rots-stevige stabiliteit.

In tegenstelling tot de inspanningen van fabrikanten die hebben geprobeerd om gelijkaardige samenstellingen te maken door het tin en het grafiet samen mechanisch te malen, kweekt het team UCSB het tin nanoparticles katalytisch, binnen de poriën van het grafiet, waarbij een vertrouwelijker huwelijk van de twee materialen wordt bereikt, terwijl het behouden van de waardevolle hoge kristalliniteit van het grafiet (een breekbaar die materiaal, snel door te malen wordt vernietigd).

Lithium-Ionendie batterijen - soms als Li-Ionenbatterijen worden bedoeld, zijn een type van navulbare batterij waarin de lithiumionen zich van de negatieve elektrode (kathode) aan de positieve elektrode (anode) tijdens lossing bewegen, en van de kathode aan de anode wanneer geladen. De lithium-Ionen batterijen zijn gemeenschappelijk in draagbare elektronika van de consument wegens hun hoge energie-aan-gewicht verhoudingen, gebrek aan geheugeneffect, langzaam verlies van last wanneer niet in gebruik, en korte levensduur.

Het „grote voordeel van deze nieuwe samenstelling,“ volgens team-leider Professor Daniel Morse, en Dr. Hong-Li Zhang, ontwikkelaar van deze anode, „van zijn hogere elektrocapaciteit, is zijn uitstekende stabiliteit tijdens veelvoudige cycli van en batterij die laadt lost.

De „Metalen zoals tin zijn lang het weten om een beduidend hogere elektrochemische capaciteit te hebben dan grafiet en andere die vormen van koolstof geweest in commerciële batterijen vandaag wordt gebruikt, maar zij lijden aan enorme uitbreiding en samentrekking met elke cyclus van ingang en uitgang van lithiumionen in het metaal met elke cyclus van het laden van en snel het lossen, het veroorzaken van het metaal om elektroconnectiviteit te desintegreren en te verliezen, en zo snel het verliezen van macht.

In tegenstelling, in de nieuwe die samenstelling door het team UCSB wordt gemaakt, verstrekt het tin nanoparticles hun hogere elektrocapaciteit, terwijl het geleidende en veerkrachtige, poreuze grafiet een volgzame matrijs bekwaam verstrekt om voor de grote volumeveranderingen als buffer op te treden en aan te passen die het omkeerbare legeren en DE-legeert van Li in en uit het tin nanoparticles begeleiden. Aldus, stelt deze nieuwe samenstelling een opmerkelijk stabiliteit en een behoud van hoge capaciteit door veelvoudige cycli van het laden en het lossen, zonder het significante die verlies in capaciteit tentoon typisch in andere samengestelde elektroden wordt gezien.

Kathoden - de andere essentiële elektroden in batterijen - gemaakt met deze methode tentoongesteld voorwerp 70% hogere elektrocapaciteit dan huidige commerciële niveaus, ook met superieure cyclability. Het team bij UCSB ontwikkelt ook een nieuw veiligheidsmateriaal dat snel de batterij in het geval van een kortsluiting zal afsluiten, waarbij de branden en de explosies worden verhinderd die fabrikanten van de lithium de ionenbatterij blijven teisteren, veroorzakend massieve rappels van tientallen miljoenen batterijen in het recente verleden.

Is de unieke, kinetisch gecontroleerde synthesemethode van het team UCSB de sleutel. De Conventionele die processen door de industrie worden gebruikt kunnen vandaag eenvoudig geen materialen met de hierboven beschreven eigenschappen maken.


Verwijzing

1. Zhang, H. - L. en D.E. Morse. 2009. Damp-Verspreiding katalyse en carbothermal van de hoge prestatiesSn@C van verminderingsopbrengsten de anodematerialen in situ voor lithium ionenbatterijen. J. Mater. Chem. (in pers).

Copyright AZoNano.com, Professor Daniel Morse (Universiteit van Calfornia, Kerstman Barbara)

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

Last Update: 13. June 2013 23:06

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this article?

Leave your feedback
Submit