Forskere producerer nanostrukturer med potentiale til at fremme energienheder

Nye typer nanostrukturer har vist sig lovende for anvendelser i elektrokemisk drevne energienheder og systemer, inklusive avancerede batteriteknologier.

En proces til fremstilling af disse nanostrukturer er delegering, hvor en eller flere elementære komponenter i en legering selektivt udvaskes af materialer.

Arizona State University-forskerne Karl Sieradzki og Qing Chen har eksperimenteret med at aflegere lithium-tin-legeringer, og ser potentialet for, at de nanostrukturer, de producerer, kan sætte gang i fremskridt inden for lithium-ion-batterier, samt i at udvide rækken af ​​metoder til at skabe nye nanoporøse materialer ved hjælp af aflegeringsprocessen.

Deres forskningsresultater er beskrevet i en artikel, de var medforfatter til, som for nylig blev offentliggjort på webstedet for det fremtrædende videnskabelige og ingeniørtidsskrift Naturmaterialer (Forhåndsudgivelse på nettet).

Sieradzki er materialeforsker og professor ved School for Engineering of Matter, Transport og energi, en af ​​ASU's Ira A. Fulton Schools of Engineering.

Chen tog sin doktorgrad i materialevidenskab ved ASU sidste forår og er nu postdoc.

Nanoporøse materialer fremstillet ved delegering består af nanometerskala zigzag-huller og metal. Disse strukturer har fundet anvendelse i katalyse (bruges til at øge hastigheden af ​​kemiske reaktioner) såvel som aktivering (bruges til mekanisk at flytte eller kontrollere forskellige mekanismer eller systemer) og superkondensatorer (som giver en stor mængde høj elektrisk kapacitet i små enheder).

De kunne også forbedre ydeevnen af ​​elektrokemisk sensorteknologi og give mere modstandsdygtige strålingsskadebestandige materialer.

De nanostrukturer, som Sieradzki og Chen har produceret ved at aflegere lithium-tin-legeringer, giver mulighed for mere effektiv transport og opbevaring af den elektriske ladning forbundet med lithium, mens den lille størrelse forhindrer brud på tinreservoiret, der tjener som opbevaringsmedium for lithium.

Lithium-ion-batterier er en af ​​de førende typer genopladelige batterier. De er meget udbredt i forbrugerprodukter, især bærbar elektronik, og bliver i stigende grad brugt i elektriske køretøjer og rumfartsteknologier.

Sieradzki og Chen siger, at med mere forskning og udvikling kan de porøse nanostrukturer, der produceres ved at aflegere lithiumlegeringer, give et lithium-ion-batteri med forbedret energilagringskapacitet og en hurtigere opladning og afladning - hvilket gør det muligt at arbejde hurtigere.

En stor fordel er, at de porøse nanostrukturer, der giver denne elektrokemiske kraftforøgelse, kan udvikle sig spontant under afstembare aflegeringsbehandlingsbetingelser. Det her, Sieradzki forklarer, åbner op for muligheder for at udvikle nye nanomaterialer, der kan have en lang række teknologiske anvendelser.

"Der er mange metaller, som forskere og ingeniører ikke har været i stand til at gøre nanoporøse, " siger han. "Men det viser sig, at man med lithium kan lithiere og de-lithiere en masse materialer, og gør det nemt ved stuetemperatur. Så dette kunne virkelig udvide spektret for, hvad der er muligt ved at lave nye nanoporøse materialer ved at delegere."