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Pianeta Paradiso > AUTO E SMOG IN CITTA' - PM10 & CO2 > BATTERIE SUPER RICARICABILI AL LITIO E SILICIO


Inviato da: MatteoAdmin il Domenica, 13-Gen-2008, 18:46
BATTERIE AL LITIO RICARICABILI AD ALTE PRESTAZIONI CON ANODI AL SILICIO

CAPACITA' DI CARICA SINO A 10 VOLTE L'ATTUALE, I PC POTREBBERO FUNZIONARE PER 30-40 ORE E LE AUTO VIAGGIARE PER DIVERSE CENTINAIA DI KM SENZA RICARICARE

SENSAZIONALE SCOPERTA MESSA A PUNTO DAI RICERCATORI DELL'UNIVERSITA' DI STANFORD A PALO ALTO IN CALIFORNIA

Published online: 16 December 2007
user posted imageFigure 1: Schematic of morphological changes that occur in Si during electrochemical cycling.
A, il volume di silicio modifiche anodi di circa il 400% durante il ciclismo. Come risultato, Si film e particelle tendono a pulverize durante il ciclismo. Gran parte del materiale perde il contatto con la corrente collettore, causando poveri di trasporto degli elettroni, come indicato dalla freccia.
B, NWs coltivati direttamente sul collettore attuale non pulverize o spezzare in più piccole particelle dopo ciclismo. Piuttosto, il facile ceppo relax nel NWs consente loro di aumentare di diametro e lunghezza senza rottura. Questo disegno ha anodo NW NW ogni collegamento con il collettore attuale, che permette ad un efficiente trasporto di elettroni 1D giù la lunghezza di ogni NW.


PUBBLICATA SULLA RIVISTA SCIENTIFICA INTERNAZIONALE http://www.nature.com/nnano/index.html nella sezione Nanotechnology

traduzione automatica google:
Ad alte prestazioni, batteria al litio anodi utilizzando silicio nanowires
Candace K. Chan(1), Hailin Peng(2), Gao Liu(3), Kevin McIlwrath(4), Xiao Feng Zhang(4), Robert A. Huggins2 & Yi Cui(2).

C'è un grande interesse per lo sviluppo di batterie al litio ricaricabili con maggiore capacità di produzione di energia e del ciclo di vita più lungo per applicazioni in dispositivi elettronici portatili, i veicoli elettrici e medici impiantabili devices1. Silicio è un materiale attraente anodo per batterie al litio perché ha un basso potenziale di scarico e la più alta capacità di carica noto teorico (4200 mAh g-1; rif. 2). Anche se questo è più di dieci volte superiore a quello esistente anodi di grafite e molto di più grande e di ossido di nitruro di vari materials3, 4, anodi di silicio sono limitati perché applications5 silicio's variazioni di volume da 400% su di inserimento ed estrazione di litio che si traduce in polverizzazione e la capacità fading2. Qui, ci dimostrano che il silicio nanowire batteria elettrodi aggirare questi problemi in quanto in grado di ospitare grandi ceppo senza polverizzazione, offrono un buon contatto e conduzione elettronica, e inserimento di litio display a breve distanza. Abbiamo ottenuto la carica teorica capacità di silicio anodi e mantenuto una capacità di scarico vicino al 75% di tale valore massimo, con poca fading durante il ciclismo.

Studi precedenti, in cui Si rinfusa film e micrometro dimensioni delle particelle sono stati utilizzati come elettrodi e batterie al litio hanno dimostrato la capacità di fading e di breve durata della batteria a causa di polverizzazione e la perdita di contatto elettrico tra il materiale attivo e la corrente collettore (Fig. 1 bis). L'uso di sub-micrometro pillars6 e micro-e nanocompositi anodes5, 7, 8, 9 portato a solo limitato miglioramento. Elettrodi di amorfo Si film sottili hanno una stabile capacità di molti cycles5, 8, ma sono insufficienti materiale per una valida batteria. Il concetto di utilizzare uno-dimensionali (1D) nanomateriali è stata dimostrata con carbon10, Co3O4 (rif 11, 12), SnO2 (rif. 13) e TiO2 (rif. 14) anodi, e ha mostrato miglioramenti rispetto alla maggior parte dei materiali. Un schema del nostro Si nanowire (NW) anodo configurazione è mostrato in Fig. 1 ter. Nanowires sono coltivati direttamente sul substrato metallico attuale del collettore. Questa geometria ha diversi vantaggi e ha portato a miglioramenti nel tasso di capacità e di ossido di metallo materials15 catodo. In primo luogo, il piccolo diametro consente NW per una migliore sistemazione dei grandi variazioni di volume senza l'apertura di fratture che possono verificarsi in massa o micron-sized materiali (Fig. 1 bis). Ciò è in linea con studi precedenti hanno suggerito che uno dei materiali-dipendente terminale dimensione delle particelle di sotto della quale le particelle non frattura further16, 17. In secondo luogo, ogni NW Si è elettricamente collegato alla corrente collettore metallico in modo che tutti i nanowires contribuire alla capacità. In terzo luogo, la NWs Si sono diretti 1D percorsi elettronica che consente di addebitare il trasporto efficiente. Elettrodo in microstrutture basata su particelle, elettronica addebitare i vettori devono passare attraverso piccole interparticle zone di contatto. Inoltre, come ogni NW è collegato alla corrente di esecuzione elettrodi, la necessità di condurre additivi o leganti, che aggiungere peso, è eliminato. Inoltre, il nostro Si NW elettrodo batteria può essere facilmente realizzato utilizzando il vapore-liquido-solido (VLS) o vapore-solido (VS)-modello libero crescita methods18, 19, 20, 21, 22, da 23 a produrre NWs direttamente su acciaio inox Dispositivi di captazione di corrente (vedi Metodi).

(1) - Department of Chemistry, Stanford University, Stanford, California 94305, USA
(2) - Department of Materials Science and Engineering, Stanford University, Stanford, California 94305, USA
(3) - Environmental Energy Technologies Division, Lawrence Berkeley National Lab, 1 Cyclotron Road, Mail Stop 70R108B, Berkeley, California 94720, USA
(4) - Electron Microscope Division, Hitachi High Technologies America, Inc., 5100 Franklin Drive, Pleasanton, California 94588, USA

per l'articolo completo in inglese: http://www.nature.com/nnano/journal/v3/n1/full/nnano.2007.411.html

Inviato da: MatteoAdmin il Domenica, 13-Gen-2008, 19:58
per scaricare il documento in PDF

High-performance lithium battery
anodes using silicon nanowires


pubblicato da Nature.Com: http://www.nature.com/nnano/journal/v3/n1/pdf/nnano.2007.411.pdf





user posted image


http://www.stanford.edu/


http://www.stanford.edu/home/audioslideshow/




per la dispensa:

Inorganic Nanowires as Advanced Energy
Conversion and Storage Materials
Yi Cui
Department of Materials Science and Engineering
& Geballe Laboratory for Advance Materials
Stanford University


più intuitiva e con diversi schemi grafici redatta da Yi Cui
e messa online tramite l'archivio dell'Università di Stanford clicca
:
http://gcep.stanford.edu/pdfs/kUXNHroC3cAssx6wJoz_Mg/Cui-20071002-GCEP.pdf

Inviato da: Luca il Lunedì, 14-Gen-2008, 02:41
user posted imageuser posted image
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News Release
December 18, 2007
Contact:
Dan Stober, Stanford News Service: (650) 721-6965; dstober@stanford.edu


Comment:
Yi Cui, Department of Materials Science and Engineering, (650) 723-4613, yicui@stanford.edu

Testo tradotto automaticamente da google:
Stanford's nanowire batteria vale 10 volte il costo di quelli esistenti
Stanford ricercatori hanno trovato il modo di utilizzare il silicio nanowires di reinventare la ricaricabile al litio che il potere batterie portatili, iPod, videocamere, telefoni cellulari, e innumerevoli altri dispositivi.

La nuova versione, sviluppata attraverso la ricerca guidata da Yi Cui, assistente professore di scienza dei materiali e ingegneria, produce 10 volte la quantità di energia elettrica già esistenti di litio-ion, noto come Li-ion, batterie. Un computer portatile che ora gira su batteria per due ore potrebbero funzionare per 20 ore, una benedizione per oceano-hopping viaggiatori d'affari.

"Non è un piccolo miglioramento", ha detto Cui. "E 'un rivoluzionario sviluppo".

Lo sfondamento è descritto in un documento, "High-performance batteria al litio anodi utilizzando silicio nanowires", pubblicato online il 16 dicembre e Natura Nanotecnologia, scritto da Cui, la sua laurea Candace Chan studente di chimica e di cinque altri.

Ampliato notevolmente la capacità di stoccaggio potrebbe dare agli ioni di litio attraente per i produttori di auto elettriche. Cui suggerito che potrebbe essere utilizzato anche nelle case o uffici di immagazzinare energia elettrica generata da pannelli solari sul tetto.

"Dato il maturo infrastrutture dietro di silicio, questa nuova tecnologia può essere spinto a vita reale rapidamente", ha detto Cui.

La capacità di stoccaggio elettrici di una batteria Li-Ion è limitato dalla quantità di litio possono essere tenuti in batterie di anodo, che in genere è fatta di carbonio. Silicio ha una capacità molto più elevata di carbonio, ma anche di un inconveniente.

Silicon collocati in una batteria gonfia come assorbe carica positiva atomi di litio durante la carica, poi si restringe durante l'uso (ad esempio, quando si gioca il tuo iPod), il litio è tratto dal silicio. Questo espandere / shrink ciclo di genere fa sì che il silicio (spesso in forma di particelle o di un sottile film) a pulverize, degradare le prestazioni della batteria.

Cui la batteria si sta intorno a questo problema con la nanotecnologia. Il litio è memorizzato in un piccolo bosco di silicio nanowires, ciascuno con un diametro di un millesimo dello spessore di un foglio di carta. Il nanowires gonfiare quattro volte la loro dimensione normale che ammollo fino al litio. Ma, a differenza di altre forme di silicio, che non frattura.

La ricerca su silicio e batterie iniziato tre decenni fa. Chan ha spiegato: "Il tipo di persone hanno rinunciato, perché su di essa la capacità non era sufficientemente elevato e il ciclo di vita non è stata abbastanza buona. Ed è stato proprio per la forma che stava utilizzando. Si è semplicemente troppo grande, e che Non può sottoporsi alle variazioni di volume. "

Quindi, il silicio è venuto lungo nanowires. "Abbiamo solo tipo di metterli insieme", ha detto Chan.

Per la loro esperimenti, il nanowires Chan è cresciuto su un substrato in acciaio inox, fornendo un ottimo collegamento elettrico. "E 'stato un fantastico Candace momento in cui mi disse che era il lavoro", ha detto Cui.

Cui ha detto che una domanda di brevetto è stata depositata. Egli sta valutando la possibilità di formazione di una società o di un accordo con un produttore della batteria. La fabbricazione nanowire batterie richiederebbe "uno o due passi diversi, ma il processo può certamente essere aumentato", ha aggiunto. "E 'un processo ben capito".

Anche a contribuire alla carta e Natura sono stati Nanotecnologia Halin Peng e Robert A. Huggins di Scienza dei Materiali e Ingegneria all'Università di Stanford, Gao Liu di Lawrence Berkeley National Laboratory, e Kevin McIlwrath e Zhang Xiao Feng del microscopio elettronico divisione di Hitachi High Technologies in Pleasanton , In California.

per il documento originale: http://news-service.stanford.edu/pr/2007/pr-nanowire-010908.html

Inviato da: Luca il Lunedì, 14-Gen-2008, 15:52
RIASSUMENDO IL PROGETTO MESSO A PUNTO DAL PROF. YI CUI E DAL SUO STAFF ALL'UNIVERSITA' STANFORD DI PALO ALTO NELLA CALIFORNIA(lo stato più ecologista degli USA), CONSISTE NELL'ESSERE RIUSCITI A METTERE A PUNTO UN MEZZO CHE PERMETTA DI SOSTITUIRE IL FILM DI GRAFITE(ATOMI DI CARBONIO) UTILIZZATO SINORA NEGLI ANODI DELLE BATTERIE PER ATTRARRE GLI IONI LITIO, CON UN FILM DI SILICIO SFUTTANDO LA SEGUENTE RELAZIONE TEORICA:
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DALLA QUALE SI EVINCE CHE: DATO CHE PER ATTRARRE UN SOLO IONE LITIO SERVONO BEN 6 ATOMI DI CARBONIO, MENTRE UN SOLO ATOMO DI SILICIO HA LA CAPACITA' DI ATTRARRE SU DI SE BEN 4 IONI LITIO QUESTO PORTEREBBE AUTOMATICAMENTE AD INCREMENTO DELLA CAPACITA' PARI A (4200/372)= 11 VOLTE L'ATTUALE.

QUESTO FATTO NATURALMENTE ERA NOTO DA TEMPO IL PROBLEMA CONSISTEVA NEL RIUSCIRE A SOSTITUIRE IL FILM DI GRAFITE CON UNO DI SILICIO, IN QUANTO NEGLI ESPERIMENTI SINORA FATTI, DURANTE IL FLUSSO DEGLI IONI LITIO VERSO L'ANODO IL SILICIO SUBIVA UN AUMENTO DEL 400% E SI DISINTEGRAVA.
ORA IL PROF. YI CUI ED IL SUO STAFF SONO RIUSCITI A METTERE A PUNTO IL SEGUENTE PROGETTO

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PRATICAMENTE ANZICHE' SOSTITUIRE IL FILM DI GRAFITE CON UN SEMPLICE FILM AL SILICIO, UTILIZZANO UNO STRATO DI SILICIO FISSATO SU SUPPORTO DI ACCIO INOX, CON QUESTO MEZZO I FILI DI SILICIO, DURANTE IL FLUSSO DEGLI IONI LITIO, AUMENTANO SEMPRE DI VOLUME DEL 400% INGROSSANDOSI ED ALLUNGANDOSI MA NON SI STACCANO E NON SI FRANTUMANO RESTANDO STABILMENTE ANCORATI AL SUPPORTO IN ACCIAIO INOX, PERMETTENDO COSI' IL PASSAGGIO CONTINUO DELLA CARICA ELETTRICA.

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