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De meilleures batteries inspirées par les coquilles modestes d'escargot

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Les nanotubes d'oxyde et de carbone de nickel de manganèse de lithium

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WASHINGTON, C.C, 11 février 2015 -- Les scientifiques emploient la biologie pour améliorer les propriétés des batteries d'ion de lithium. Les chercheurs à l'Université du Maryland, le comté de Baltimore (UMBC) ont isolé un peptide, un type de molécule biologique, qui lie fortement à l'oxyde de nickel de manganèse de lithium (LMNO), un matériel qui peut être employé pour faire la cathode dans des batteries de haute performance. Le peptide peut se verrouiller sur les particules nanosized de LMNO et les relier aux composants conducteurs d'une électrode de batterie, améliorant la puissance et la stabilité potentielles de l'électrode.

Les chercheurs présenteront leurs résultats lors de la cinquante-neuvième réunion annuelle de la société biophysique, tenue les 7-11 février à Baltimore, le Maryland.

La « biologie fournit plusieurs outils pour que nous résolvent des problèmes importants, » a dit Evgenia Barannikova, un étudiant de troisième cycle à UMBC. Barannikova fonctionne dans le laboratoire de la marque Allen et étudie comment les molécules biologiques en général peuvent améliorer les propriétés des matériaux inorganiques dans des batteries. « En imitant des processus biologiques nous pouvons trouver la solution meilleure, » elle a dit.

Un des problèmes se posant actuellement à des chercheurs de batterie est la difficulté du travail avec les matériaux de nanoscale, qu'en raison de leur taille minuscule supplémentaire peut être dur pour commander et pour tenir en place. Les anéantissements du travail avec les matériaux nanosized valent de surmonter, cependant. Les électrodes de Nanostructured dans des batteries de Li-ion ont plusieurs avantages par rapport aux électrodes de matériel en bloc, y compris des distances plus courtes pour les particules de charger-transport au voyage et à une superficie élevée qui fournit des emplacements plus actifs pour que les réactions électrochimiques se produisent - qui traduit aux batteries qui sont plus légères et plus durables.

Pour prendre le défi de la fabrication sur le nanoscale Barannikova et ses collègues se sont tournés pour l'aide vers les molécules biologiques appelées les peptides. Eux-mêmes composés des cordes des molécules connues sous le nom d'acides aminés, peptides sont naturels et grippage à beaucoup de différents types de matériaux organiques et inorganiques, selon leur ordre des acides aminés. Ils jouent beaucoup de rôles dans le corps humain, de la signalisation dans le cerveau au sucre de sang de réglementation, et quelques drogues, comme l'insuline, se composent des peptides.

Une des inspirations pour sa recherche, Barannikova a indiqué, était la manière que les organizations telles que des mollusques emploient des peptides pour commander la croissance de leurs coquilles. Elles démontrent la commande remarquable afin de construire nano complexe et des macrostructures des matériaux inorganiques comme le carbonate de calcium, elle a dit.

Les chercheurs ont emprunté l'approche générale des mollusques, mais ont dû employer le quelque laboratoire-mettent hors jeu la sorcellerie pour trouver le peptide approprié. Aucun escargot, après tout, ne fait sa coquille à partir de l'oxyde de nickel de manganèse de lithium.

Barannikova et ses collègues ont employé un procédé appelé « l'affichage bactériophage » pour examiner plus d'un milliard de peptides possibles à la recherche d'un qui colleraient fortement à l'oxyde de nickel de manganèse de lithium. La « bibliothèque de peptide » par ce que les chercheurs recherchés est produit dans le commerce par une compagnie d'approvisionnement de laboratoire, et contient un grand nombre d'ordres d'acide aminé aléatoirement combinés incorporés à une protéine faite par un virus appelé le bactériophage M13.

Les chercheurs ont isolé un peptide qui lie à l'oxyde de nickel de manganèse de lithium en combinant la bibliothèque avec un échantillon de l'oxyde de métal et en enlevant alors à plusieurs reprises les peptides qui n'ont pas collé à elle. Les chercheurs ont alors combiné le peptide nouveau-découvert avec du peptide précédemment d'isolement qui lie aux nanotubes de carbone. Les nanotubes de carbone peuvent servir de nanowires conducteurs dans des électrodes de Li-ion.

Le peptide en résultant pourrait alors former un pont, liant aux nanoparticles d'oxyde de nickel de manganèse de lithium et aux nanotubes de carbone et les gardant près de l'un l'autre de sorte qu'ils puissent maintenir un raccordement pendant les cycles de remplissage multiples. Par l'aide pour maintenir une architecture fortement organisée au nanoscale, les chercheurs comptent que leurs peptides amélioreront la puissance et la stabilité de recyclage de futures batteries de Li-ion, leur permettant d'être plus petites et de maintenir de plus longues vies.

L'équipe examine actuellement à quel point les nouvelles cathodes exécutent. Allant en avant, Barannikova prévoit de faire une anode avec les techniques semblables et d'intégrer les deux composants. « J'espère démontrer une batterie biotemplated entière dans ma thèse de Ph.D., » elle a dit.

L'affiche « peptides Plein-contraignants comme Biotemplate pour des électrodes de batterie de Li-ion » par Evgenia Barannikova et marque Allen sera présentée à partir de 10:30 heure du matin - le 12:30 P.M. le mercredi 11 février 2015 en ABRÉGÉ SUR Hall C. : http://tinyurl.com/mkd6p88