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

Berkeley Lab forskare presenterar på medicin, energi, miljön och, mer

Published on August 31, 2010 at 8:47 PM

Berkeley Lab forskare levererat närmare 100 presentationer vid American Chemical Society Fall 2010 nationellt möte i Boston, augusti 22-26, 2010.

I öppningsscenen av den berömda 1967 filmen The Graduate, Benjamin Braddock, på en fest för att fira sin nya grad, ges ett gott råd för hans framtid: "Plast". Var ung Benjamin som ska få det rådet idag det ordet mycket väl ha varit: "Batterier".

Ekonomiska prognosmakare säger att marknaden för avancerade batterier som kan driva el-, hybrid-elektriska och de nya plug-in hybrid elektriska fordon kommer att vara värt miljarder dollar. Baserat på deras prestationer i elektronik och verktyg, litium-jon-batterier har potential att bli vida överlägsen nickel-metallhydrid-batterier men flera tekniska frågor måste lösas innan de tillämpas på fordon.

Marca Doeff, en kemist med Berkeley Lab Materials Sciences Division, presenterade ett föredrag med titeln "Avancerad Li-ion batteri katod material för fordonsteknik." Hon fokuserade på katod som en av de dyraste komponenterna i litium-jon-batterier.

"Dessutom," Doeff sade: "katoden är avgörande för energitätheten i cellen, eftersom kapaciteten är normalt mycket lägre än grafit anod, som det måste matchas."

Doeff och hennes kollegor experimenterar med olika metoder för att sänka kostnaderna och förbättra prestanda för litium-jon katoder. Deras studier inkluderar delvis ersätta de dyra kobolt överensstämmer med aluminium, titan och järn i lager blandad övergång metalloxider nu används i batterier.

Hittills har de funnit att fem procent substitution av kobolt med aluminium ökar katod prestanda och cykel stabilitet. Substitution med små mängder titan ledde också till bildandet av en hög kapacitet och hög ränta positiva elektroden material, medan substitution med järn lett till lägre katod kapacitet och dålig kapacitet takt.

"Vårt arbete visar att förändringar i elektrokemiska prestanda katod beror mycket på vilken typ av ersätta atomen och dess effekt på kristallstrukturen," Doeff sagt.

High Efficiency solceller och andra läckerheter Nano

Vid samma examen parti idag, kanske unga Ben Braddock har också fått höra att tänka "Nano." Ekonomiska prognosmakare förutser en ännu mer frikostiga framtid för nanoskala material, särskilt inom solenergi och elektronik fälten. "Nanoscale elektroniska material: Utmaningar och möjligheter", var rubriken på ett föredrag av Ali Javey, en fakultet forskare i Berkeley Lab Materials Sciences Division. I sitt tal Javey beskrivs en teknik för konstruktion matriser av nanoskala pelare för ett brett spektrum av tillämpningar, inklusive låga kostnader, högeffektiva solceller och artificiell hud som ger proteser med känselsinnet.

"Vår teknik ger storskalig montering av mycket beställde och regelbunden kedjor av nanotrådar komponenter på flexibla substrat genom en enkel kontakt tryckprocessen," Javey sagt. "Förmågan att gränssnittet nanowire sensorer med inbyggd elektronik på stora skalor och med hög enhetlighet utgör ett viktigt framsteg mot integrering av nanomaterial för sensor applikationer."

Denna teknik tillämpas på bärbara elektroniska och bärbara mänskliga gränssnittet tillämpningar, inklusive konstgjord hud. Tanken är att med integrering av avancerad protetik i hjärnan för bättre kontroll av lederna, kan tillägg av elektroniska huden med nanotrådar sensorer hjälpa patienterna att återfå sin känsel. Huden kan också användas i robotik, som styr hur mycket tryck en robot gäller för ett objekt.

"Vår mekaniskt flexibla, konstgjord hud sensor ger imponerande mekanisk robusthet och elektriska egenskaper", Javey sagt.

Dessutom, genom att utnyttja optiskt aktiva nanowire sensorer, har Javey och hans kollegor kunnat producera mycket vanlig, enkel-kristallin nanopillar arrayer av halvledare på aluminium substrat som sedan konfigureras som solcell moduler.

"Genom experiment och modellering har vi visat att vi kan konfigurera dessa solcellsmoduler på både styva och flexibla substrat med förbättrad bärare avskiljningsgrad och bredband foton absorption till följd av den geometriska konfigurationen av nanopillars" Javey sagt. "Det här är en enormt lovande för att sänka kostnaderna för effektiva solceller."

Vätgas från solljus Via Qdot-seedade nanostavar

Ett gott råd att uppgradera kanske inte har fått på festen är "väte." Även experter är överens om att väte kan kommandot en viktig roll i framtida teknik för förnybar energi, en relativt billig, effektiv och koldioxidneutral sätt att producera det måste först utvecklas. Det fotokatalytiska produktion av väte från vatten med solenergi uppfyller alla nödvändiga kriterier men det finns fortfarande många material-relaterade hinder för utbredd användning av denna metod. Berkeley Lab direktör Paul Alivisatos, en kemist och ledande auktoritet på nanoteknik för energi diskuterade en idé för att övervinna några av dessa hinder i sitt tal med titeln "Fotokatalytiskt produktion av vätgas med avstämbara nanorod heterostrukturer."

I detta tal, beskrev Alivisatos en modell nanosystem där ett stort prick frö av kadmium selenid, en väte-genererande katalysator, är inbäddad i en platina spets kadmiumsulfid nanorod.

"I sådana strukturer, hål är tredimensionellt begränsad till kadmium selenid, medan delocalized elektroner överförs till metall spets", Alivisatos sagt. "Följaktligen är det elektronerna separeras från hål över tre olika komponenter och genom ett avstämbara fysiska längd."

De seedade nanorod stålspets och underlättar effektiv långvarig separation laddning bärare och minimerar tillbaka reaktion intermediärer. Genom att finjustera nanorod heterostrukturteknik längd och fröet storlek, Alivisatos och hans grupp har möjlighet att avsevärt öka vätgasproduktion jämförelse med unseeded stavar.

"Vi hittade vår en multi-komponent nanoheterostructures att vara mycket aktiva för produktion av vätgas, med en skenbar kvantutbytet av 20-percemt vid 450 nanometer," Alivisatos sagt. "Våra system var aktiva i orange ljus belysning och visat bättre stabilitet jämfört kärnfria kadmiumsulfid nanostavar."

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