16 april 2016
In Nature Materials presenteert expert op het gebied van nanomaterialen Andrea Baldi samen met collega's van de universiteit van Stanford een nieuwe methode om faseovergangen in individuele nanodeeltjes palladium te bekijken. Zo kunnen ze achterhalen welke delen van zo'n minuscuul deeltje betrokken zijn bij de opname van waterstof en hoe dat samenhangt met de verdeling van oneffenheden en interne spanning in het materiaal. Die informatie vormt de sleutel tot het optimaliseren van allerlei processen zoals energieopslag in batterijen, data-opslag in computergeheugens en chemische reacties aan het oppervlak van nano-katalysatoren.
Publicatie
Reconstructing solute-induced phase transformations within individual nanocrystals
T. C. Narayan*, A. Baldi*, A.L. Koh, R. Sinclair, J. A. Dionne
Nature Materials (2016), doi:10.1038/nmat4620
* these authors contributed equally to this work.
Gebarsten batterijen
De batterijen in onze mobiele telefoons, laptops en auto's zijn gebaseerd op de opname van kleine atomen in een vaste stof, zoals water wordt opgenomen in een spons. Laden en ontladen van zulke batterijen leidt vaak tot grote volumeveranderingen. Daardoor kan het materiaal barsten en gaat de levensduur achteruit. Een veelbelovende ontwikkeling is het vervangen van het barstgevoelige bulkmateriaal in batterijen door onderling verbonden nanodeeltjes van hetzelfde materiaal. Die 'nanosponzen' zijn elk een duizendste zo dun als een menselijke haar en kunnen niet alleen sneller opnemen en ontladen, maar zijn ook minder gevoelig voor barsten en gaan dus langer mee.
Veel high-performance batterijen werken op het principe van kleine atomen die worden opgenomen in een vaste stof, zoals water in een spons. Tijdens het op- en ontladen zetten zulke bulkmaterialen vaak uit en krimpen ze weer, wat kan leiden tot beschadigingen en de levensduur verkort. Nanodeeltjes zijn juist sneller op te laden en ontladen en raken minder snel beschadigd.
Eerste blik in een nanodeeltje palladium
Door hun extreem kleine afmetingen is het haast onmogelijk om goed in beeld te krijgen welke processen er zich precies binnenin zo'n nanobatterij afspelen. Standaard elektronenmicroscopen zijn bijvoorbeeld alleen bruikbaar onder heel andere omstandigheden dan de normale omgeving van een nanobatterij, zoals hoog vacuüm. Het team van Stanford en DIFFER heeft nu een geavanceerde elektronenmicroscoop ontwikkeld die ook werkt bij hogere achtergronddruk. Daardoor konden ze volgen wat er gebeurt als een nanodeeltje palladium waterstof opneemt en weer uitstoot. Door nanodeeltjes van verschillende afmetingen en vormen te bekijken kregen ze inzicht in hoe interne spanning en oneffenheden het opnamegedrag beïnvloeden.
Verboden gebied
Een interessante ontdekking dankzij de hoge resolutie van de nieuwe elektronenmicroscoop is de mogelijkheid om verschillende regio's binnenin nanodeeltjes te bekijken. Daardoor konden de onderzoekers reconstrueren welke delen van zo'n nanodeeltje waterstof opnemen, maar ook in welke delen er door hoge interne stress in het materiaal geen ruimte is voor waterstof. Dat opent de weg naar onderzoek en optimalisatie van efficiënte nanogestructureerde batterijen.
Contact
Dr. Andrea Baldi (DIFFER)
Groepsleader Nanomaterials for Energy Applications (NEA)
+31 (0)40 3334 925, a [368] baldi [18] differ [368] nl (e-mail)
www.differ.nl/research/nea
Andrea Baldi leidt de onderzoeksgroep Nanomaterials for Energy Applications (NEA) bij het Nederlandse instituut voor funderend energieonderzoek DIFFER. Baldi promoveerde aan de VU Amsterdam en ontving een Young Energy Scientist YES-beurs van Stichting FOM voor een post-doc onderzoek van drie jaar aan de universiteit van Stanford.
Go to the News page.