DNA của cá hồi có thể sử dụng để phát triển pin dung lượng cao thế hệ mới

Một nhóm nghiên cứu của Hàn Quốc đã thành công trong việc phát triển vật liệu catốt dung lượng cao thế hệ tiếp theo cho pin lithium-ion. Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc ( KIST , Quyền Chủ tịch Seok-jin Yoon) tuyên bố rằng nhóm nghiên cứu chung của Tiến sĩ Kyung Yoon Chung (người đứng đầu Trung tâm Nghiên cứu Lưu trữ Năng lượng tại KIST), Giáo sư Sang-Young Lee (Giáo sư tại Viện Khoa học và Công nghệ Quốc gia Ulsan (UNIST)) và Tiến sĩ Wonyoung Chang (Nhà nghiên cứu chính tại Trung tâm Nghiên cứu Lưu trữ Năng lượng tại KIST) đã phát triển vật liệu catốt hiệu suất cao bằng cách ổn định bề mặt của * các tầng ôxit quá khổ xếp chồng lên nhau (OLO), sử dụng DNA của cá hồi.

* Các tầng oxit quá khổ (OLO) : Các vật liệu có chứa một lượng lớn lithium bằng cách thay thế từ nguyên tố kim loại chuyển đổi thành nguyên tố lithium trong cấu trúc phân lớp của vật liệu.

Trong pin thứ cấp lithium-ion, lượng ion lithium di chuyển qua lại giữa cực âm và cực dương trong quá trình sạc và xả xác định mật độ năng lượng của hệ thống pin. Nói cách khác, sự phát triển của vật liệu catốt dung lượng cao là điều cần thiết để tăng công suất của pin lithium-ion.

Các phân lớp oxit quá khổ (OLO) có công suất đảo ngược cao 250 mAh / g (so với công suất đảo ngược của các vật liệu thương mại hóa hiện tại, chỉ 160 mAh / g) và từ lâu đã được chú ý như một vật liệu catốt thế hệ tiếp theo, có thể cải thiện khả năng lưu trữ năng lượng của pin hơn 50%. Tuy nhiên, OLO có một điểm yếu lớn ở chỗ, trong quá trình sạc / xả, cấu trúc lớp của OLO có thể sụp đổ, dẫn đến phồng và khiến pin không sử dụng được.

Nhóm nghiên cứu KIST đã sử dụng kính hiển vi điện tử truyền ** để phân tích các thay đổi trong cấu trúc tinh thể bằng cách phân chia thành các khu vực cụ thể từ bề mặt đến bên trong OLO. Kết quả phân tích đã xác nhận rằng các lớp kim loại của OLO bắt đầu sụp đổ ở bề mặt bằng cách lặp lại chu kỳ sạc / xả.

** Kính hiển vi điện tử truyền qua : Cung cấp hình thái, cấu trúc tinh thể và thông tin nguyên tố của các vật liệu khác nhau xuống thang nguyên tử, sử dụng hiện tượng nhiễu xạ của các electron được gia tốc bởi điện áp cao.

Nhóm nghiên cứu chung đã sử dụng DNA của một con cá hồi, có áp lực mạnh với các ion lithium, để kiểm soát cấu trúc bề mặt của OLO, nguyên nhân của sự xuống cấp vật liệu. Tuy nhiên, DNA cá hồi cho thấy xu hướng tổng hợp trong dung dịch nước. Để giải quyết vấn đề này, nhóm nghiên cứu đã tổng hợp vật liệu phủ composite kết hợp *** ống nano carbon (CNT) và DNA cá hồi. Hỗn hợp DNA / CNT được sắp xếp đồng đều và gắn vào bề mặt của OLO, dẫn đến sự phát triển của vật liệu catốt mới.

Nhóm nghiên cứu tại KIST đã thực hiện các kỹ thuật phân tích tiên tiến tích hợp (nghiên cứu một loạt các yếu tố, từ các hạt riêng lẻ đến điện cực) và thấy rằng các đặc tính điện hóa của OLO và các cơ chế ổn định cấu trúc của nó được cải thiện. Kết quả phân tích dựa trên tia X tại chỗ cho OLO đã phát triển đã được xác nhận rằng sự xuống cấp cấu trúc đã bị triệt tiêu trong quá trình sạc / xả và sự ổn định nhiệt được cải thiện.

*** Ống nano carbon : Cấu trúc nanô hình trụ chỉ bao gồm các nguyên tử carbon.

Giáo sư Sang-Young Lee từ UNIST cho biết về tầm quan trọng của sự phát triển, không giống như những nỗ lực từ trước, nghiên cứu này sử dụng DNA, đơn vị cơ bản của cuộc sống, gợi ý một hướng đi mới cho sự phát triển của vật liệu pin hiệu suất cao. Kyung Yoon Chung, người đứng đầu Trung tâm nghiên cứu lưu trữ năng lượng, KIST cho biết, nghiên cứu này rất có ý nghĩa vì nó trình bày các yếu tố thiết kế cho vật liệu catốt công suất cao ổn định bằng cách sử dụng các kỹ thuật phân tích tiên tiến tích hợp. Dựa trên nghiên cứu này, chúng tôi sẽ dành nhiều nỗ lực hơn để phát triển một loại vật liệu mới có thể thay thế các vật liệu thương mại hóa hiện có.

Theo Scitechdaily