Bakteriel nanometrisk amorf Fe-baseret oxid som lithium-ion batteri anodemateriale

Leptothrix ochracea er en art af jernoxiderende bakterier, der findes i naturlige hydrosfærer, hvor grundvand strømmer over hele verden. Spændende nok, bakterien producerer Fe ³⁺ -baserede amorfe oxidpartikler (ca. 3 nm diameter; Fe ³⁺ :Si ⁴⁺ :P ⁵⁺ ～73:22:5), der let samles til mikrotubulære hylstre, der omslutter bakteriecellen (ca. 1 μm diameter, ca 2 mm længde, 1). Massen af ​​sådanne kapper (navngivet L -BIOX:Biogenøst ​​jernoxid produceret af Leptothrix ) er normalt blevet betragtet som ubrugeligt affald, men Jun Takada og kolleger ved Okayama University opdagede uventede industrielle funktioner af L -BIOX såsom et stort potentiale som anodemateriale i lithium-ion batteri.

Siden brugen af ​​batteriet, der er en kraftfuld elektrisk kilde til bærbare elektriske enheder, har udvidet sig til en række nye områder, såsom transport og lagring af elektrisk strøm, forbedring af batterikapacitet og indsats for at udvikle nye elektrodematerialer har været påkrævet. De generelle nanoseringsprocesser og passende overflademodifikationer, der er nødvendige for at justere batteriets egenskab, er komplicerede og omkostningseffektive. Derimod L -BIOX er et omkostningseffektivt og let håndterbart elektrodemateriale, da dens grundlæggende tekstur er sammensat af nanometriske partikler.

Ladning-udladningsegenskaberne er enkle L -BIOX/Li-metalceller blev undersøgt ved strømhastigheder på 33,3mA/g (0,05C) og 666mA/g (1C) for spændinger på 0 til 3V over 50 cyklusser (fig. 2). Ud over, elektroniske og strukturelle ændringer blev mikroskopisk analyseret af TEM/STEM/EELS og ⁵⁷ Fe Mӧssbauer spektroskopi.

Resultaterne viste det L -BIOX udviste et højt potentiale som Fe ³⁺ /Fe ⁰ omdannelsesanodemateriale. Dens kapacitet var betydeligt højere end de konventionelle kulstofmaterialer. Især tilstedeværelsen af ​​mindre komponenter af Si og P i originalen L -BIOX nanometriske partikler resulterede i specifik og veldefineret elektrodearkitektur. Da Fe-baseret elektrokemisk center er indlejret i Si/P-baseret amorf tekstur, en uønsket koagulering af Fe-baseret center forhindres.

Takada og kolleger foreslog en unik tilgang til at udvikle nye elektrodematerialer til Li-ion-batterier. Dette er et eksempel, der viser, at jernoxiderne af bakteriel oprindelse er en uudforsket grænse inden for faststofkemi og materialevidenskab.