Nieuwe soorten nanostructuren zijn veelbelovend gebleken voor toepassingen in elektrochemisch aangedreven energieapparaten en -systemen, inclusief geavanceerde batterijtechnologieën.

Een proces voor het maken van deze nanostructuren is dealloying, waarbij een of meer elementaire componenten van een legering selectief uit materialen worden uitgeloogd.

De onderzoekers van de Arizona State University, Karl Sieradzki en Qing Chen, hebben geëxperimenteerd met het ontbinden van lithium-tinlegeringen, en het potentieel zien voor de nanostructuren die ze produceren om vooruitgang in lithium-ionbatterijen te stimuleren, evenals bij het uitbreiden van het scala aan methoden voor het maken van nieuwe nanoporeuze materialen met behulp van het dealloying-proces.

Hun onderzoeksresultaten worden gedetailleerd beschreven in een paper waarvan ze co-auteur waren en dat onlangs werd gepubliceerd op de website van het vooraanstaande wetenschappelijke en technische tijdschrift Natuurmaterialen (Advance online publicatie).

Sieradzki is materiaalwetenschapper en professor aan de School for Engineering of Matter, vervoer en energie, een van ASU's Ira A. Fulton Schools of Engineering.

Chen promoveerde afgelopen voorjaar in materiaalkunde aan de ASU en is nu postdoctoraal onderzoeksassistent.

Nanoporeuze materialen gemaakt door dealloying bestaan ​​uit zigzaggaten op nanometerschaal en metaal. Deze structuren zijn toegepast in katalyse (gebruikt om de snelheid van chemische reacties te verhogen) en in actuatie (gebruikt om verschillende mechanismen of systemen mechanisch te verplaatsen of te regelen) en supercondensatoren (die een grote hoeveelheid hoge elektrische capaciteit leveren in kleine apparaten).

Ze kunnen ook de prestaties van elektrochemische detectietechnologie verbeteren en zorgen voor veerkrachtigere materialen die bestand zijn tegen stralingsschade.

De nanostructuren die Sieradzki en Chen hebben geproduceerd door lithium-tinlegeringen te gebruiken, zorgen voor een efficiënter transport en opslag van de elektrische lading die verband houdt met lithium, terwijl het kleine formaat breuk voorkomt van het tinreservoir dat dient als opslagmedium voor lithium.

Lithium-ionbatterijen zijn een van de toonaangevende soorten oplaadbare batterijen. Ze worden veel gebruikt in consumentenproducten, met name draagbare elektronica, en worden steeds vaker gebruikt in elektrische voertuigen en ruimtevaarttechnologieën.

Sieradzki en Chen zeggen dat met meer onderzoek en ontwikkeling de poreuze nanostructuren die worden geproduceerd door het gebruik van lithiumlegeringen een lithium-ionbatterij kunnen opleveren met een verbeterde energieopslagcapaciteit en een snellere lading en ontlading, waardoor deze sneller kan werken.

Een groot voordeel is dat de poreuze nanostructuren die deze elektrochemische vermogensboost leveren, spontaan kunnen evolueren tijdens afstembare verwerkingscondities. Dit, Sieradzki legt uit, opent mogelijkheden voor de ontwikkeling van nieuwe nanomaterialen die een veelvoud aan technologische toepassingen kunnen hebben.

"Er zijn veel metalen die wetenschappers en ingenieurs niet nanoporeus kunnen maken, "zegt hij. "Maar het blijkt dat je met lithium veel materialen kunt ontlithiaten en ontlithiaten, en doe het gemakkelijk op kamertemperatuur. Dus dit zou het spectrum echt kunnen verbreden voor wat mogelijk is bij het maken van nieuwe nanoporeuze materialen door dealloying."