Posted in | Nanomaterials | Nanoenergy

Berkeley Lab Forskere stede på Medicin, energi, miljø og mere

Published on August 31, 2010 at 8:47 PM

Berkeley Lab forskere leveret næsten 100 præsentationer på American Chemical Society er Efterår 2010 nationale møde i Boston, august 22-26, 2010.

I de indledende scene i den berømte 1967 filmen The Graduate, Benjamin Braddock, til en fest for at fejre sin nye grad, da er et godt råd for hans fremtid: "Plast". Var unge Benjamin til at modtage, at rådgivning i dag, det ord må vel have været: "Batterier".

Den økonomiske prognosemagere sige, at markedet for avancerede batterier, der kan magten el, hybrid-elektriske og de nye plug-in hybrid elektriske køretøjer vil være værd at milliarder af dollars. Baseret på deres præstationer inden for elektronik og elværktøj, har lithium-ion-batterier potentiale til at blive langt bedre end nikkel-metalhydrid-batterier, men flere teknologiske spørgsmål skal behandles, før de bliver anvendt på køretøjer.

Marca Doeff, en kemiker med Berkeley Lab materialevidenskab Division, præsenterede et foredrag med titlen "Avancerede Li-ion batteri katode materialer til køretøjer teknologier." Hun fokuserede på katoden som en af ​​de dyreste komponenter i lithium-ion-batterier.

"Også" Doeff sagde, "katoden er determinanten af ​​energitætheden i cellen, fordi kapaciteten er typisk meget lavere end den grafit anode, som den skal matches."

Doeff og hendes kolleger er at eksperimentere med forskellige tilgange for at sænke omkostningerne og forbedre effektiviteten af ​​lithium-ion-katoder. Deres undersøgelser omfatter delvis substitution af de dyre kobolt bestanddel med aluminium, titanium eller jern i flere lag blandet overgang metaloxider nu bruges i batterier.

Indtil videre har de konstateret, at en fem procent substitution af kobolt med aluminium stiger katode ydeevne og cyklus stabilitet. Substitution med små mængder af titanium også førte til dannelsen af ​​en høj kapacitet og høj rente positive elektrode materiale, mens substitution med jern ført til lavere katode kapacitet og dårlig kurs kapaciteter.

"Vores arbejde viser, at ændringer i elektrokemiske ydeevne katoden afhænger meget af arten af ​​de erstatte atom og dens effekt på krystalstruktur," Doeff sagt.

Høj effektivitet solceller og andre Nano Delights

På samme eksamen parti i dag, kan unge Ben Braddock har også fået besked på at tænke "Nano". Økonomiske prognosemagere forudser en endnu mere gavmild fremtid for nanoskala materialer, især inden for solenergi og elektronik felter. "Nanoscale elektroniske materialer: Udfordringer og muligheder," var titlen på et foredrag af Ali Javey, et fakultet forsker i Berkeley Labs Materials Sciences Division. I sin tale Javey beskrev en teknik til ingeniør arrays af nanoskala grundpillerne i en bred vifte af applikationer, herunder billige, højeffektive solceller, og kunstig hud, der giver proteser med følesansen.

"Vores teknik giver store samling af højt bestilt og regelmæssig arrays af Nanotråd komponenter på fleksible underlag via en simpel kontakt print proces," Javey sagt. "Evnen til at grænsefladen Nanotråd sensorer med integreret elektronik i stor skala og med stor ensartethed præsenterer et vigtigt fremskridt i retning af integrationen af ​​nanomaterialer til sensor applikationer."

Denne teknologi er ved at blive anvendt til bærbare elektroniske og bærbare human interface applikationer, herunder kunstige hud. Ideen er, at med integrationen af ​​avancerede proteser i hjernen for bedre kontrol af led, kan tilføjelsen af ​​elektroniske huden med nanotråde sensorer give patienterne mulighed for at genvinde deres følelse af touch. Huden kan også bruges i robotter, der regulerer, hvor meget pres, en robot, gælder for et objekt.

"Vores mekanisk fleksible, kunstig hud sensor giver imponerende mekanisk robusthed og elektriske egenskaber," Javey sagt.

Derudover, ved at benytte optisk aktive Nanotråd sensorer, har Javey og hans kolleger været i stand til at producere meget regelmæssig, single-krystallinsk nanopillar arrays af halvledere på aluminium substrater, som derefter blev konfigureret som solcelle moduler.

"Gennem eksperimenter og modellering, har vi vist at vi kan konfigurere disse solcellemoduler på både stive og fleksible underlag med forbedret luftfartsselskab samling effektivitet og bredbånd foto absorption som følge af geometriske konfiguration af nanopillars," Javey sagt. "Det er en yderst lovende for at sænke omkostningerne ved effektive solceller."

Brint fra sollys Via Qdot-seedede nanorods

Et godt råd, at den kandidat ikke kunne have været givet til festen er "brint." Mens eksperter er enige om, at brint kunne befale en central rolle i den fremtidige vedvarende energiteknologier, en relativt billig, effektiv og carbon-neutralt middel til at producere det skal først udvikles. Den fotokatalytisk produktion af brint fra vand ved hjælp af solenergi opfylder alle de nødvendige kriterier, men der er stadig mange materialer relateret hindringer for den udbredte brug af denne fremgangsmåde. Berkeley Lab direktør Paul Alivisatos, en kemiker og førende autoritet på nanoteknologi til energi diskuteret en idé til at overvinde nogle af disse forhindringer i sin tale med titlen "fotokatalytisk brintproduktion med afstemmelige nanorod heterostrukturer."

I denne tale beskrev Alivisatos en model nanosystem, hvor en kvantepunkt frø af cadmium selenid, en brint-genererende katalysator, er indlejret i en platin-tippes cadmium sulfid nanorod.

"I sådanne strukturer, huller er tre-dimensionelt begrænset til cadmium selenid, mens delocalized elektroner overføres til metalspids," Alivisatos sagt. "Derfor er de elektroner adskilt fra hullerne over tre forskellige komponenter og af en afstemmelige fysiske længde."

De seedede nanorod metalspids fremmer en effektiv langtidsholdbare ladningsbærere separation og minimerer tilbage reaktion af mellemprodukter. Ved at indstille nanorod heterostructure længde og frø størrelse, Alivisatos og hans gruppe er i stand til at øge produktion af brint sammenlignet med unseeded stænger.

"Vi fandt vores en multi-komponent nanoheterostructures at være meget aktive for brintproduktion, med en tilsyneladende kvanteudbytte af 20-percemt på 450 nanometer," Alivisatos sagt. "Vores systemer var aktive under orange lys belysning og demonstreret forbedrede stabilitet i forhold til uden kerner cadmium sulfid nanorods."

Last Update: 3. October 2011 05:49

Tell Us What You Think

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

Leave your feedback
Submit