Nya typer av nanostrukturer har visat sig lovande för tillämpningar i elektrokemiskt drivna energienheter och system, inklusive avancerad batteriteknik.

En process för att tillverka dessa nanostrukturer är avlegering, där en eller flera elementära komponenter i en legering selektivt urlakas ur material.

Arizona State University-forskarna Karl Sieradzki och Qing Chen har experimenterat med att avlegera litium-tennlegeringar, och ser potentialen för de nanostrukturer som de producerar för att sätta fart på framsteg inom litiumjonbatterier, samt att utöka utbudet av metoder för att skapa nya nanoporösa material med hjälp av avlegeringsprocessen.

Deras forskningsresultat beskrivs i en artikel som de var medförfattare till som nyligen publicerades på webbplatsen för den framstående vetenskaps- och ingenjörstidskriften Naturmaterial (Förhandspublicering online).

Sieradzki är materialvetare och professor vid School for Engineering of Matter, Transport och energi, en av ASU:s Ira A. Fulton Schools of Engineering.

Chen tog sin doktorsexamen i materialvetenskap vid ASU i våras och är nu postdoktorand forskningsassistent.

Nanoporösa material tillverkade genom avlegering består av sicksackhål i nanometerskala och metall. Dessa strukturer har funnit tillämpning i katalys (används för att öka hastigheten för kemiska reaktioner) såväl som aktivering (används för att mekaniskt flytta eller styra olika mekanismer eller system) och superkondensatorer (som ger en stor mängd hög elektrisk kapacitet i små enheter).

De kan också förbättra prestandan hos elektrokemisk avkänningsteknik och ge mer motståndskraftiga material som är motståndskraftiga mot strålskador.

De nanostrukturer som Sieradzki och Chen har producerat genom att avlegera litium-tennlegeringar möjliggör effektivare transport och lagring av den elektriska laddningen som är förknippad med litium, medan den lilla storleken förhindrar brott på tennreservoaren som fungerar som lagringsmedium för litium.

Litiumjonbatterier är en av de ledande typerna av uppladdningsbara batterier. De används ofta i konsumentprodukter, särskilt bärbar elektronik, och används i allt större utsträckning i elfordon och flygteknik.

Sieradzki och Chen säger att med mer forskning och utveckling kan de porösa nanostrukturerna som produceras av avlegering av litiumlegeringar ge ett litiumjonbatteri med förbättrad energilagringskapacitet och en snabbare laddning och urladdning – vilket gör att det kan arbeta snabbare.

En stor fördel är att de porösa nanostrukturerna som ger denna elektrokemiska kraftökning kan utvecklas spontant under avstämbara avlegeringsprocessförhållanden. Detta, Sieradzki förklarar, öppnar upp möjligheter för att utveckla nya nanomaterial som kan ha en mängd olika tekniska tillämpningar.

"Det finns många metaller som forskare och ingenjörer inte har kunnat göra nanoporösa, " säger han. "Men det visar sig att man med litium kan litiera och delitiera många material, och gör det lätt i rumstemperatur. Så detta kan verkligen bredda spektrumet för vad som är möjligt för att göra nya nanoporösa material genom avlegering."