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Bessere Batterien spornten durch niedrige Schneckeoberteile an

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Die Lithiummangannickeloxid und -carbon nanotubes

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WASHINGTON, DC, 11. Februar 2015 -- Wissenschaftler verwenden Biologie, um die Eigenschaften der Lithiumionenbatterien zu verbessern. Forscher an der Universität von Maryland, Baltimore Grafschaft (UMBC) haben ein Peptid, eine Art biologisches Molekül lokalisiert, das stark an Lithiummangan-Nickeloxid (LMNO) bindet, ein Material, das benutzt werden kann, um die Kathode in den Hochleistungs-Batterien herzustellen. Das Peptid kann auf nanosized Partikel von LMNO verriegeln und sie an leitende Bestandteile einer Batterieelektrode anschließen und die mögliche Energie und die Stabilität der Elektrode verbessern.

Die Forscher stellen ihre Resultate bei der 59. Jahresversammlung der biophysikalischen Gesellschaft dar, abgehalten 7.-11. Februar in Baltimore, Maryland.

„Biologie liefert einige Werkzeuge, damit wir wichtige Probleme,“ lösen, sagte Evgenia Barannikova, ein Student im Aufbaustudium an UMBC. Barannikova arbeitet im Labor der Markierung Allen und studiert, wie biologische Moleküle im Allgemeinen die Eigenschaften der anorganischen Materialien in den Batterien verbessern können. „, indem wir biologische Prozesse nachahmen, können wir die bessere Lösung finden,“ sagte sie.

Eins der Probleme, die z.Z. Batterieforscher gegenüberstellen, ist die Schwierigkeit des Arbeitens mit nanoscale Materialien, die wegen ihrer kleinen Extragröße hart sein kann, an der richtigen Stelle zu steuern und zu halten. Die Frustrationen des Arbeitens mit nanosized Materialien sind wert zu überwinden, jedoch. Nanostructured Elektroden in den Li-Ionbatterien haben einige Vorteile über Massenmaterialelektroden, einschließlich kürzere Abstände für aufladen-tragende Partikel zum Spielraum und zu einer hohen Fläche, die aktivere Aufstellungsorte zur Verfügung stellt, damit elektrochemische Reaktionen auftreten - das zu den Batterien übersetzt, die heller und länger anhaltender sind.

Um auf der Herausforderung der Herstellung auf dem nanoscale Barannikova und ihren Kollegen zu nehmen haben sich für Hilfe an die biologischen Moleküle gewendet, die Peptide genannt werden. Selbst gebildet von den Schnüren der Moleküle, die als Aminosäuren bekannt sind, Peptide sind natürlich vorkommend und Bindung zu vielen verschiedenen Arten organische und anorganische Materialien, abhängig von ihrer Reihenfolge der Aminosäuren. Sie spielen viele Rollen im menschlichen Körper, vom Signalisieren in das Gehirn zu stabilisiertem Blutzucker, und einige Drogen, wie Insulin, bestehen Peptide.

Eine der Inspirationen für ihre Forschung, sagte Barannikova, war die Weise, dass Organismen wie Mollusken Peptide benutzen, um das Wachstum ihrer Oberteile zu steuern. Sie zeigen bemerkenswerte Steuerung, um schwieriges nano- zu errichten und Makrostrukturen von den anorganischen Materialien wie Kalziumkarbonat, sagte sie.

Die Forscher borgten die allgemeine Annäherung der Mollusken aus, aber mussten etwas Laborbank Zauberei einsetzen, um das passende Peptid zu finden. Keine Schnecke, bildet schließlich sein Oberteil vom Lithiummangan-Nickeloxid.

Barannikova und ihre Kollegen verwendeten ein Verfahren, das „Bakteriophagenanzeige“, um mehr als ein Milliarde mögliche Peptide auf der Suche nach einem auszusortieren genannt wurde, das stark an Lithiummangan-Nickeloxid festhalten würde. Die „Peptidbibliothek“ durch, welches die Forscher, die gesucht werden, durch eine Labor-Versorgungsmaterial-Firma kommerziell produziert ist und enthält eine hohe Anzahl nach dem Zufall kombinierte Aminosäurereihenfolgen, die in ein Protein enthalten werden, das durch ein Virus gebildet wird, das den Bakteriophage M13 genannt wird.

Die Forscher lokalisierten ein Peptid, das an Lithiummangan-Nickeloxid bindet, indem es weg die Bibliothek mit einer Probe des Metalloxids kombiniert und dann wiederholt die Peptide wäscht, die nicht an ihr festhielten. Die Forscher kombinierten dann das neu-entdeckte Peptid mit einem vorher lokalisierten Peptid, das an Carbon nanotubes bindet. Carbon nanotubes können als leitende nanowires in den Li-Ionelektroden dienen.

Das resultierende Peptid könnte eine Brücke dann bilden, an die Lithiummangannickel-Oxid nanoparticles und die Carbon nanotubes binden und sie nah an einander halten, damit sie einen Anschluss durch mehrfache aufladenzyklen beibehalten können. Indem sie helfen, eine in hohem Grade organisierte Architektur am nanoscale beizubehalten, erwarten die Forscher, dass ihre Peptide die Energie und die einen.Kreislauf.durchmachenstabilität der zukünftigen Li-Ionbatterien verbessern und sie kleiner sein und längere Lebenszeiten beibehalten lassen.

Die Mannschaft prüft z.Z., wie gut die neuen Kathoden durchführen. Vorwärts gehend, plant Barannikova, eine Anode mit ähnlichen Techniken herzustellen und die zwei Bestandteile zu integrieren. „Ich hoffe, eine gesamte biotemplated Batterie in meiner Ph.D.-These zu demonstrieren,“ sagte sie.

Das Plakat „Fest-bindene Peptide als Biotemplate für Li-Ionbatterie-Elektroden“ durch Evgenia Barannikova und Markierung Allen wird vom 10:30 a.m. - 12:30 P.M. am Mittwoch, dem 11. Februar 2015 AUSZUG im Hall-C. dargestellt: http://tinyurl.com/mkd6p88