Allereerste blik op processen in palladium nanobatterij


Meer informatie
Contactperso(o)n(en): Ans Hekkenberg
Weblocatie: http://www.fom.nl/live/nieuws/archief_persberichten/persberichten2016/artikel.pag?objectnumber=332971
printerversie
21 april 2016

Allereerste blik op processen in palladium nanobatterij

In Nature Materials presenteert DIFFER-onderzoeker 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, dataopslag in computergeheugens en chemische reacties aan het
oppervlak van nanokatalysatoren.
Batterijen
vergroten Batterijen
Lithium ion-batterijen werken op het principe van opname van waterstof (rood) in een metaalrooster (grijs). Dat proces veroorzaakt uitzetten en krimpen van het metaal en kan grotere brokken metaal beschadigen. Nanodeeltjes zijn juist sneller op te laden en ontladen en raken minder snel
beschadigd.
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.

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 vacuuem. 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 beinvloeden.

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 efficiente nanogestructureerde batterijen.

Meer informatie
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 postdoc onderzoek van drie
jaar aan de universiteit van Stanford.

Contact
Andrea Baldi (DIFFER), (040) 333 49 25

Referentie
Reconstructing solute-induced phase transformations within individual nanocrystals, Nature Materials (2016), doi:10.1038/nmat4620