Microbatteries Dengan Hati nanowire

Livejurnal69 – Peneliti Rice University telah bergerak selangkah lebih dekat untuk menciptakan microbatteries tiga dimensi yang akan dikenakan biaya lebih cepat dan tahan melalui baterai lithium-ion konvensional. Ini merupakan generasi kekuatan baru dari sensor remote, layar tampilan, smart card, elektronik fleksibel dan perangkat biomedis.

Baterai menggunakan array vertikal kawat nano nikel-timah sempurna terbungkus PMMA, polimer banyak digunakan dikenal sebagai kaca. Laboratorium Nasi Pulickel Ajayan menemukan cara untuk andal nanowires mantel tunggal dengan lapisan halus elektrolit gel PMMA berbasis insulates kabel dari elektroda lawan sementara memungkinkan ion melewatinya.

Pekerjaan itu dilaporkan minggu ini dalam edisi online jurnal Nano Letters.

"Dalam baterai, Anda memiliki dua elektroda dipisahkan oleh sebuah penghalang tebal," kata Ajayan, profesor teknik mesin dan ilmu material dan kimia. "Tantangannya adalah untuk membawa segala sesuatu ke dalam jarak dekat sehingga elektrokimia ini menjadi jauh lebih efisien."

Ajayan dan timnya merasa mereka telah melakukan hal itu oleh hutan tumbuh kawat nano dilapisi - jutaan mereka pada sebuah chip berukuran kuku - untuk mikrodivais terukur dengan luas permukaan lebih besar dari baterai tipis-film konvensional. "Anda tidak bisa hanya skala ketebalan baterai tipis-film, karena kinetika lithium ion akan menjadi lamban," kata Ajayan.

"Kami ingin mencari tahu bagaimana desain 3-D yang diusulkan baterai dapat dibangun dari skala nano," kata Sanketh Gowda, seorang mahasiswa pascasarjana di lab Ajayan's. "Dengan meningkatkan ketinggian kawat nano, kita dapat meningkatkan jumlah energi yang tersimpan sementara menjaga jarak lithium ion difusi konstan."

Para peneliti, dipimpin oleh Gowda dan peneliti postdoctoral Arava Leela Mohana Reddy, bekerja lebih dari satu tahun untuk menyempurnakan proses.

"Untuk menjadi adil, konsep 3-D telah sekitar untuk sementara waktu," kata Reddy. "Terobosan di sini adalah kemampuan untuk meletakkan mantel konformal dari PMMA pada sebuah nanowire jarak jauh Bahkan istirahat kecil di coating akan menghancurkannya.." Dia mengatakan pendekatan yang sama sedang diuji pada sistem nanowire dengan kapasitas yang lebih tinggi.

Proses ini dibangun berdasarkan penelitian sebelumnya laboratorium untuk membangun kabel koaksial kawat nano yang dilaporkan dalam Surat Nano tahun lalu. Dalam karya baru, para peneliti tumbuh nanowires 10-mikron panjang melalui elektrodeposisi di pori-pori template alumina anodized. Mereka kemudian melebar pori-pori dengan teknik etsa kimia sederhana dan PMMA drop-dilapisi ke array untuk memberikan sebuah kawat nano bahkan casing dari atas ke bawah. kimia Sapuan template dihapus.

Mereka telah membangun microbatteries satu sentimeter persegi yang menyimpan lebih banyak energi dan biaya lebih cepat daripada baterai planar panjang elektroda yang sama. "Dengan akan 3-D, kami dapat memberikan lebih banyak energi di jejak yang sama," kata Gowda.

Mereka merasa lapisan PMMA akan meningkatkan jumlah kali baterai dapat diisi dengan menyeimbangkan kondisi antara kawat nano dan elektrolit cair, yang cenderung untuk memecah dari waktu ke waktu.

Tim ini juga mempelajari bagaimana bersepeda nanowires yang mempengaruhi, seperti elektroda silikon, memperluas dan kontrak sebagai ion lithium datang dan pergi. Mikroskop elektron gambar kawat nano diambil setelah banyak biaya / debit siklus tidak menunjukkan istirahat di casing PMMA - bahkan tidak lubang kecil. Hal ini menyebabkan para peneliti untuk percaya lapisan withstands ekspansi volume di elektroda, yang dapat meningkatkan rentang hidup baterai.

Co-penulis Beras mahasiswa pascasarjana Xiaobo Zhan; mantan peneliti postdoctoral Beras Manikoth Shaijumon, sekarang asisten profesor di Indian Institute of Science Pendidikan dan Penelitian, Thiruvananthapuram, India, dan mantan Rice penelitian ilmuwan Lijie Ci, kini menjadi peneliti senior dan manajer pengembangan di Samsung Cheil Industries.

The Hartley Family Foundation dan Universitas Rice mendanai penelitian itu.