Nano-perler på en snor kunne fremme batteriteknologi

Små perler af silicium, omkring ti tusind gange tyndere end et stykke papir, kunne en dag få elektriske køretøjer til at rejse længere på en enkelt opladning eller forlænge levetiden på din bærbare computers batteri, siger videnskabsmænd ved University of Maryland.

Genopladelige lithium-ion-batterier – den slags i din telefon, kamera, og nogle hybridbiler - brug grafit som en elektrode i batteriet. Silicium kan lagre op til ti gange flere lithiumioner end grafit, men indtil nu, siliciumstrukturer havde en tendens til at revne eller gå i stykker, når de blev brugt igen og igen. Nu har kemikere og materialeforskere ved University of Maryland designet en lille siliciumstruktur til batterier, der kan holde gennem flere opladningscyklusser end tidligere designs gjorde.

Forskerne dyrkede små perler af silicium på et kulstof nanorør, brugte derefter et kraftigt mikroskop til at se elektroden oplade og aflade.

For at lave perlerne, YuHuang Wang, en adjunkt i afdelingen for Kemi og Biokemi, og hans kolleger vedhæftede en del af et molekyle, som nogle gange findes i madsmagsstoffer langs kulstofrør, der er mindre end halvtreds nanometer brede. Derefter oversvømmede de rummet med en gas indeholdende silicium. Det organiske molekyle fik perler af silicium til at vokse på røret.

Derefter fyldte de silicium med lithium-ioner.

Forskerne mener, at strukturen er mere modstandsdygtig, fordi i modsætning til flade siliciumbelægninger, siliciumperler vokser som fleksible balloner. Det organiske molekyle, der oprindeligt tiltrak siliciumet til røret, gjorde siliciumbindingen til røret stærkere, forhindrer silicium i at gå i stykker, fandt forskerne.

Da perlerne blev opladet af lithium, de voksede og krympede uden at revne eller rive.

Perlerne udvider sig udad fra nanorøret, men ikke mod hinanden, så de kan placeres tæt sammen langs nanorøret.

Forskningen blev offentliggjort i denne måned i tidsskriftet ACS Nano .