nova tecnologia cientistas controi bateria em um nanofio

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O laboratório de arroz de Professor Pulickel Ajayan embalou toda uma de iões de lítio dispositivo de armazenamento de energia em um único nanofio, conforme relatado este mês no American Chemical Society revista Nano Letters . Os pesquisadores acreditam que sua criação é tão pequeno como tais dispositivos podem possivelmente começar, e poderia ser valiosa como uma fonte de energia recarregável para as novas gerações da nanoelectrónica.

Em seu estudo, pesquisadores descreveram testes duas versões de sua bateria / híbrido supercapacitor.O primeiro é um sanduíche com o níquel / estanho ânodo, óxido de polietileno (PEO) eletrólito e catodo camadas polianilina, foi construído como prova de que íons de lítio se moveria de forma eficiente através do anodo para o eletrólito e, em seguida, para o catodo supercapacitor-like, que armazena os íons a granel e dá ao dispositivo a capacidade de carga e descarga rapidamente.

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O segundo packs os mesmos recursos em um único nanofio.Os pesquisadores construíram centímetros escala matrizes contendo milhares de dispositivos de nanofios, cada um cerca de 150 nanômetros de largura. Um nanômetro é um bilionésimo de metro, milhares de vezes menores que um fio de cabelo humano que tecnologia.

Ajayan equipe foi avançando em nova direção a um único nanofio dispositivos por anos. Os primeiros pesquisadores relataram a criação de três-dimensional nanobatteries em dezembro passado. Nesse projeto, eles envolto matrizes verticais de níquel-estanho nanofios em PMMA, um polímero amplamente utilizado mais conhecida como Plexiglas, que serviu como um eletrólito e isolante. Eles cresceram os nanofios via eletrodeposição em um modelo de alumina anodizado em cima de um substrato de cobre. Eles arregalaram os poros do modelo com uma técnica simples ataque químico que criou um fosso entre os fios ea alumina, e em seguida, solte-revestido PMMA para envolver os fios em uma bainha suave e consistente. A lavagem química removido o modelo e deixou uma floresta de eletrólito-nham nanofios.

Em que a bateria, o envolto de níquel-estanho foi o ânodo, o cátodo, mas teve que ser anexado na parte externa.

O novo processo tucks o catodo dentro do nanofios, disse Ajayan, professor de engenharia mecânica e ciência dos materiais. Neste façanha de nanoengineering, os pesquisadores usaram PEO como eletrólito gel-like que armazena íons de lítio e também serve como um isolante elétrico entre nanofios em uma matriz.

Depois de muito ensaio e erro, eles se instalaram em um polímero sintetizado facilmente conhecido como polianilina (PANI) como cátodo. Queda de revestimento dos poros aumentou alumina com PEO reveste o interior, encerra os ânodos e tubos deixa no topo em que catodos PANI também poderia ser drop-revestido. Um coletor de alumínio corrente colocado na parte superior da matriz completa o circuito.

"A idéia aqui é para fabricar dispositivos de armazenamento de energia de nanofios com a separação entre os eletrodos ultrafinos", disse Arava Leela Mohana Reddy, pesquisador de Rice e co-autor do papel. "Isso afeta o comportamento eletroquímico do dispositivo. Nossos dispositivos podem ser uma ferramenta muito útil para investigar fenômeno em nanoescala."

nova Baterias experimental da equipe são cerca de 50 mícrons de altura - sobre o diâmetro de um cabelo humano e quase invisível quando visto de lado, Reddy disse. Teoricamente, o nanofio dispositivos de armazenamento de energia pode ser tão longo e largo quanto os modelos permitem, o que os torna escalável.

Os dispositivos de nanofios apresentam boa capacidade; os investigadores estão a afinar os materiais para aumentar sua capacidade de carga e descarga repetidamente, que agora cai depois de um cerca de 20 ciclos que tecnologia.

"Há muito a ser feito para otimizar os dispositivos em termos de desempenho", disse o principal autor do estudo, Sanketh Gowda, a engenharia química estudante de graduação no arroz. "Otimização do separador de polímero e sua espessura e uma exploração de sistemas de eléctrodos de diferentes poderiam levar a melhorias."