Figur 1. (a) SEM-bild med hög förstoring av L-BIOX. (b) TEM-bild som visar ett tidigt stadium av bildandet av L-BIOX runt stavliknande bakterieceller uppradade från topp till svans.
Leptothrix ochracea är en art av järnoxiderande bakterier som finns i naturliga hydrosfärer där grundvatten rinner ut över hela världen. Spännande nog, bakterien producerar Fe 3+ -baserade amorfa oxidpartiklar (ca 3 nm diameter; Fe 3+ :Si 4+ :P 5+ ～73:22:5) som enkelt sätts samman till mikrotubulära höljen som omsluter bakteriecellen (ca 1 μm diameter, ca 2 mm längd, Figur 1). Massan av sådana höljen (namngiven L -BIOX :Biogen järnoxid producerad av Leptothrix ) har vanligtvis betraktats som värdelöst avfall, men Jun Takada och kollegor vid Okayama University upptäckte oväntade industriella funktioner L -BIOX som en stor potential som anodmaterial i litiumjonbatteri.
Sedan användningen av batteriet som är en kraftfull elektrisk källa för bärbara elektriska enheter har expanderat till en mängd nya områden som transport och ellagring, förbättring av batterikapacitet och ansträngningar för att utveckla nya elektrodmaterial har krävts. De allmänna processerna för nanosering och lämplig ytmodifiering som krävs för att justera batteriets egenskap är komplicerade och kostnadseffektiva. Däremot L -BIOX är ett kostnadseffektivt och lätthanterligt elektrodmaterial, eftersom dess grundläggande textur är sammansatt av nanometriska partiklar.
Den laddning-urladdning egenskaper enkel L -BIOX/Li-metallceller undersöktes vid strömhastigheter på 33,3 mA/g (0,05 C) och 666 mA/g (1 C) för spänningar på 0 till 3 V över 50 cykler (fig. 2). Dessutom, elektroniska och strukturella förändringar analyserades mikroskopiskt av TEM/STEM/EELS och 57 Fe Mӧssbauer spektroskopi.
Figur 2. Laddnings-urladdningskurvor vid 666 mA/g mellan 0 och 3,0 V. Infälld visar prestanda under livscykeln.
Resultaten visade det L -BIOX uppvisade en hög potential som Fe 3+ /Fe 0 omvandlingsanodmaterial. Dess kapacitet var betydligt högre än de konventionella kolmaterialen. I synnerhet, förekomsten av mindre komponenter av Si och P i originalet L -BIOX nanometriska partiklar resulterade i specifik och väldefinierad elektrodarkitektur. Eftersom Fe-baserat elektrokemiskt centrum är inbäddat i Si/P-baserad amorf textur, en oönskad koagulering av Fe-baserat centrum förhindras.
Takada och kollegor föreslog ett unikt tillvägagångssätt för att utveckla nya elektrodmaterial för Li-ion-batterier. Detta är ett exempel som visar att järnoxiderna av bakteriellt ursprung är en outforskad gräns inom fasta tillståndskemi och materialvetenskap.
