Site Sponsors
  • Oxford Instruments Nanoanalysis - X-Max Large Area Analytical EDS SDD
  • Park Systems - Manufacturer of a complete range of AFM solutions
  • Strem Chemicals - Nanomaterials for R&D
Posted in | Nanomaterials | Nanoenergy

Berkeley Lab Forskere stede på medisin, energi, miljø og More

Published on August 31, 2010 at 8:47 PM

Berkeley Lab forskere levert nesten 100 presentasjoner på American Chemical Society høsten 2010 nasjonalt møte i Boston, 22-26 august 2010.

I åpningsscenen av den berømte 1967-filmen The Graduate, Benjamin Braddock, på en fest for å feire sin nye grad, gis ett ord av råd for fremtiden sin: "Plastics." Var unge Benjamin å motta at råd i dag ordet kan vel ha vært: "Batterier".

Økonomiske prognosemakere si at markedet for avanserte batterier som kan drive elektriske hybrid-elektriske og den nye plug-in hybrid elektriske biler kommer til å være verdt milliarder av dollar. Basert på deres opptredener i elektronikk og elektroverktøy, lithium-ion batterier har potensial til å bli langt bedre enn nikkel-metall hydrid batterier, men flere teknologiske problemstillinger må løses før de brukes på biler.

Marca Doeff, en kjemiker med Berkeley Lab er Materials Sciences Division, presenterte et foredrag med tittelen "Avansert Li-ion batteri katoden materialer for kjøretøy teknologiene." Hun fokuserte på katoden som en av de dyreste komponentene i litium-ion batterier.

"Også" Doeff sa, "katoden er determinant av energitettheten i cellen, fordi kapasiteten er vanligvis mye lavere enn i grafitt anoden, som det må matches."

Doeff og hennes kolleger eksperimenterer med ulike tilnærminger for å redusere kostnadene og forbedre ytelsen av litium-ion katode. Deres studier inkluderer delvis erstatning for den dyre kobolt bestanddel med aluminium, titan eller jern i lagdelt blandet overgangen metalloksider nå brukt i batterier.

Så langt har de funnet ut at en fem prosent substitusjon av kobolt med aluminium øker katode ytelse og syklus stabilitet. Substitusjon med små mengder titan førte også til dannelsen av en høy kapasitet og høy hastighet positiv elektrode materiale, mens substitusjon med jern førte til lavere katode kapasitet og dårlig hastighet evner.

"Vårt arbeid viser at endringer i elektrokjemisk utførelsen av katoden avhenge sterkt på arten av den erstatte atom og dens effekt på krystallstruktur," Doeff sa.

Høyeffektive solceller og andre Nano Delights

På det samme konfirmasjonen parti i dag, kan unge Ben Braddock har også fått beskjed om å tenke "Nano." Economic prognosemakere forutse en enda mer sjenerøs fremtid for nanoskala materialer, spesielt innen solenergi og elektronikk feltene. "Nanoskala elektroniske materialer: Utfordringer og muligheter», var tittelen på en diskusjon av Ali Javey, et fakultet forsker i Berkeley Lab er Materials Sciences Division. I sin tale Javey beskrevet en teknikk for engineering arrays av nanoskala søyler for et bredt spekter av applikasjoner, inkludert lavpris, svært effektive solceller, og kunstig hud som gir kunstige lemmer med følelsen av berøring.

"Vår teknikk gir i stor skala montering av svært bestilt og vanlige matriser av nanowire komponenter på fleksible underlag gjennom en enkel kontakt utskrift prosessen," Javey sa. "Muligheten til å interface nanowire sensorer med integrert elektronikk på stor skala og med høy ensartethet presenterer et viktig fremskritt mot integrasjon av nanomaterialer for sensor applikasjoner."

Denne teknologien blir brukt på bærbare elektroniske og anvendelig human interface programmer, inkludert kunstig hud. Tanken er at med integrering av avanserte proteser inn i hjernen for bedre kontroll av ledd, kan tillegg av elektroniske hud med nanowire sensorer gjør pasienter til å gjenvinne sin følelse av berøring. Huden kan også brukes i robotikk, som styrer hvor mye press en robot gjelder for et objekt.

"Vår mekanisk fleksible, kunstig hud sensor gir imponerende mekanisk robusthet og elektriske egenskaper," Javey sa.

I tillegg, ved å benytte optisk aktive nanowire sensorer, har Javey og hans kolleger vært i stand til å produsere svært vanlige, single-krystallinske nanopillar matriser av halvledere på aluminium underlag som ble deretter konfigurert som solcellemoduler.

"Gjennom eksperimenter og modellering har vi viste at vi kan konfigurere disse solcellepaneler på både stive og fleksible underlag med forbedret carrier samling effektivitet og bredbånd foto absorpsjon oppstår ved geometriske konfigurasjonen av nanopillars," Javey sa. "Dette er en svært lovende for å senke kostnadene for effektive solceller."

Hydrogen fra Sollys Via Qdot-Seeded Nanorods

Ett ord av råd at utdannet kanskje ikke har fått på festen er "hydrogen." Mens eksperter er enige om at hydrogen kan kommandere en nøkkelrolle i fremtidens fornybare energiteknologier, en relativt billig, effektiv og karbon-nøytral måte å produsere det må først bli utviklet. Den fotokatalytiske produksjon av hydrogen fra vann ved hjelp av solenergi oppfyller alle de nødvendige kriteriene, men det er fortsatt mange materialer-relaterte hindringer for utbredt bruk av denne tilnærmingen. Berkeley Lab Director Paul Alivisatos, en kjemiker og ledende autoritet på nanoteknologi for energi diskutert en idé for å overvinne noen av disse hindringene i sin tale med tittelen "Fotokatalytisk hydrogenproduksjon med tunbare nanorod heterostructures."

I dette foredraget beskrev Alivisatos en modell nanosystem der et kvantesprang prikk frø av kadmium selen, en hydrogen-generering katalysator, er innebygd i en platina-tipset kadmium sulfide nanorod.

"I slike strukturer, hullene er tredimensjonalt begrenset til kadmium selen, mens delocalized elektroner overføres til metall spissen," Alivisatos sa. "Følgelig er det elektroner atskilt fra hullene over tre forskjellige komponenter, og ved en fleksibel fysisk lengde."

Den seeded nanorod metall spissen forenkler effektiv langvarig ladningsbærere separasjon og minimerer tilbake reaksjon av mellomprodukter. Ved tuning nanorod heterostructure lengde og frø størrelse, Alivisatos og hans gruppe er i stand til en betydelig økning hydrogen produksjon sammenlignet med unseeded stenger.

"Vi fant vår en multi-komponent nanoheterostructures å være svært aktiv for hydrogenproduksjon, med en tilsynelatende kvanteutbytte av 20-percemt ved 450 nanometer," Alivisatos sa. "Våre systemer var aktiv under oransje lys belysning og demonstrert forbedret stabilitet i forhold til seedless kadmium sulfid nanorods."

Last Update: 3. October 2011 05:50

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