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Berkeley Lab chercheurs Présent sur la médecine, l'énergie, l'environnement et plus

Published on August 31, 2010 at 8:47 PM

Berkeley Lab scientifiques ont injecté près de 100 présentations à l'American Chemical Society automne 2010 rencontre nationale à Boston, 22 au 26 août 2010.

Dans la scène d'ouverture du célèbre film The Graduate 1967, Benjamin Braddock, lors d'une fête pour célébrer son nouveau grade, est donné un mot de conseils pour son avenir: "Plastiques". Étiez jeune Benjamin de recevoir ce conseil aujourd'hui, le mot pourrait bien avoir été: "batteries".

Prévisionnistes économiques disent que le marché des batteries avancées qui peuvent l'énergie électrique, hybride-électrique et le plug-in émergents véhicules électriques hybrides va être des milliards de dollars. Basé sur leurs performances dans l'électronique et les outils électriques, batteries lithium-ion ont le potentiel d'être de loin supérieure aux batteries nickel-métal hydrure, mais plusieurs problèmes techniques doivent être traitées avant qu'elles ne soient appliquées à des véhicules.

Marca Doeff, un chimiste avec la Division de Berkeley Lab Sciences des Matériaux, a présenté un exposé intitulé «avancée lithium-ion des matériaux de cathode de la batterie pour les technologies des véhicules." Elle s'est concentrée sur la cathode comme l'un des composants les plus coûteux en batteries lithium-ion.

»Aussi,« Doeff dit, "la cathode est le déterminant de la densité d'énergie dans la cellule, car la capacité est généralement beaucoup plus faible que celle de l'anode en graphite, avec lequel il doit être adapté."

Doeff et ses collègues font des expériences avec différentes approches pour faire baisser les coûts et améliorer les performances des cathodes au lithium-ion. Leurs études comprennent la substitution partielle du constituant onéreux cobalt avec l'aluminium, de titane ou de fer dans le métal de transition couches oxydes mixtes désormais utilisé dans les batteries.

Jusqu'à présent, ils ont trouvé que la substitution de cinq pour cent de cobalt avec de l'aluminium augmente les performances et la stabilité du cycle cathodiques. Remplacement de petites quantités de titane a également conduit à la formation d'un matériau d'électrode positive à haute capacité et haut débit, tandis que la substitution du fer conduit à des capacités inférieures à cathode et les capacités de taux de pauvres.

"Notre travail montre que les changements dans les performances électrochimiques de la cathode dépendent fortement de la nature de l'atome substituant et son effet sur la structure du cristal", a déclaré Doeff.

Cellules solaires à haut rendement et Délices Nano d'autres

A ce bal des finissants même aujourd'hui, le jeune Ben Braddock pourrait aussi avoir été dit de penser "Nano". Prévisionnistes économiques prévoient un avenir encore plus généreuse pour les matériaux nanométriques, en particulier dans l'énergie solaire et les domaines de l'électronique. «Nanoscale matériaux électroniques: défis et opportunités", tel était le titre d'une conférence donnée par Ali Javey, un scientifique de la faculté de Berkeley Lab Matériaux Division des sciences. Dans son discours Javey décrit une technique d'ingénierie pour les tableaux des piliers nanométriques pour une large gamme d'applications, y compris à faible coût, cellules solaires très efficaces, et une peau artificielle qui fournit des prothèses avec le sens du toucher.

«Notre technique permet d'envergure assemblage de tableaux très ordonnée et régulière des composants de nanofils sur des substrats flexibles grâce à un procédé d'impression simple contact», a déclaré Javey. «La capacité de l'interface capteurs nanofils avec électronique intégrée à grande échelle et avec une grande uniformité présente une avancée importante vers l'intégration des nanomatériaux pour des applications de capteurs."

Cette technologie est appliquée à électronique portable et portable les applications d'interface homme, y compris la peau artificielle. L'idée est que, avec l'intégration des prothèses avancés dans le cerveau pour un meilleur contrôle des articulations, l'ajout de la peau avec des capteurs électroniques de nanofils pourrait permettre aux patients de retrouver leur sens du toucher. La peau peut aussi être utilisé dans la robotique, qui régissent la quantité de pression d'un robot s'applique à un objet.

«Notre mécanique flexible, capteur de peau artificielle offre impressionnante robustesse mécanique et les propriétés électriques", a déclaré Javey.

De plus, en utilisant des capteurs de nanofils optiquement actif, Javey et ses collègues ont été en mesure de produire très régulières, un seul cristallin tableaux nanopillar de semi-conducteurs sur des substrats en aluminium qui ont alors été configuré en tant que modules de cellules solaires.

«Grâce à des expériences et la modélisation, nous avons démontré que nous pouvons configurer ces modules solaires sur les deux substrats rigides et flexibles avec une efficacité accrue et la collecte porte-absorption de photo haut débit résultant de la configuration géométrique de l'nanopiliers", a déclaré Javey. «C'est un immense promettant de réduire le coût de l'efficacité des cellules solaires."

L'hydrogène du soleil Via Qdot-ensemencée Nanobâtonnets

Un mot d'avertissement que le diplômé ne pourrait pas avoir été donné à la fête est "l'hydrogène." Alors que les experts conviennent que l'hydrogène pourrait commander un rôle clé dans les futures technologies d'énergie renouvelable, un relativement bon marché, des moyens efficaces et neutres en carbone de la production doit d'abord être développés. La production photocatalytique d'hydrogène à partir d'eau utilisant l'énergie solaire remplit tous les critères nécessaires, mais il reste de nombreux obstacles liés à des matériaux à l'utilisation généralisée de cette approche. Berkeley Lab directeur Paul Alivisatos, un chimiste et sommité en matière de nanotechnologies pour les énergies discuté d'une idée pour surmonter certains de ces obstacles dans son discours intitulé «La production d'hydrogène photocatalytique avec accordable hétérostructures nanotige."

Dans cet exposé, Alivisatos décrit un nanosystème modèle dans lequel une graine de points quantiques de séléniure de cadmium, un catalyseur générateur d'hydrogène, est incorporé dans une nanotige platinées de cadmium sulfuré.

"Dans de telles structures, les trous sont en trois dimensions confinés à l'séléniure de cadmium, tandis que les électrons délocalisés sont transférés à la pointe de métal," Alivisatos dit. "En conséquence, les électrons sont séparés par les trous de plus de trois différentes composantes et par une longueur réglable physique."

La pointe de métal ensemencé nanotige facilite l'efficacité à long terme la séparation des porteurs de charge et minimise retour réaction des intermédiaires. En ajustant la longueur hétérostructure nanotige et la taille des graines, Alivisatos et son groupe sont en mesure d'augmenter significativement la production d'hydrogène par rapport à celle des tiges non ensemencées.

"Nous avons trouvé nos nano-hétérostructures une multi-composants à être très actif pour la production d'hydrogène, avec un rendement quantique apparente de 20-percemt à 450 nanomètres," Alivisatos dit. «Nos systèmes ont été actifs sous illumination orange clair et démontré la stabilité améliorée par rapport à pépins nanotiges sulfure de cadmium."

Last Update: 9. October 2011 20:59

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