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Mejores baterías inspiraron por las cáscaras humildes del caracol

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Los nanotubes del óxido y del carbón del níquel del manganeso del litio

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WASHINGTON, C.C., 11 de febrero de 2015 -- Los científicos están utilizando biología para mejorar las características de las baterías de ion de litio. Los investigadores en la Universidad de Maryland, condado de Baltimore (UMBC) han aislado un péptido, un tipo de molécula biológica, que ata fuertemente al óxido del níquel del manganeso del litio (LMNO), un material que se puede utilizar para hacer el cátodo en baterías del alto rendimiento. El péptido puede trabar sobre partículas nanosized de LMNO y conectarlo con los componentes conductores de un electrodo de la batería, mejorando la energía y la estabilidad potenciales del electrodo.

Los investigadores presentarán sus resultados en la 59.a reunión anual de la sociedad biofísica, celebrada el 7-11 de febrero en Baltimore, Maryland.

La “biología proporciona varias herramientas para que solucionemos problemas importantes,” dijo Evgenia Barannikova, estudiante de tercer ciclo en UMBC. Barannikova trabaja en el laboratorio de la marca Allen y estudia cómo las moléculas biológicas en general pueden mejorar las características de materiales inorgánicos en baterías. “Mímico procesos biológicos podemos encontrar la mejor solución,” ella dijo.

Uno de los problemas que hacen frente actualmente a investigadores de la batería es la dificultad del trabajo con los materiales del nanoscale, que debido a su tamaño minúsculo adicional puede ser duro controlar y llevar a cabo en el lugar. Las frustraciones del trabajo con los materiales nanosized valen el superar, sin embargo. Los electrodos de Nanostructured en baterías del Li-ion tienen varias ventajas sobre los electrodos del material a granel, incluyendo distancias más cortas para las partículas cargar-que llevan al recorrido y a una alta superficie que proporcione sitios más activos para que ocurran las reacciones electroquímicas - que traduce a las baterías que son más ligeras y más más duraderas.

Para adquirir el desafío de la fabricación en el nanoscale Barannikova y sus colegas han dado vuelta para la ayuda a las moléculas biológicas llamadas los péptidos. Ellos mismos compuesta de cadenas de moléculas conocidas como aminoácidos, péptidos son naturales y lazo a muchos diversos tipos de materiales orgánicos e inorgánicos, dependiendo de su secuencia de los aminoácidos. Desempeñan muchos papeles en el cuerpo humano, de la señalización en el cerebro al azúcar de sangre de regulación, y algunas drogas, como la insulina, se componen de péptidos.

Una de las inspiraciones para su investigación, Barannikova dijo, era la manera que los organismos tales como moluscos utilizan los péptidos para controlar el crecimiento de sus cáscaras. Demuestran control notable para construir nano intrincado y las macroestructuras de los materiales inorgánicos como el carbonato de calcio, ella dijo.

Los investigadores pidieron prestado el acercamiento general de los moluscos, pero tuvieron que emplear una cierta hechicería del laboratorio-banco para encontrar el péptido apropiado. Ningún caracol, después de todo, hace su cáscara del óxido del níquel del manganeso del litio.

Barannikova y sus colegas utilizaron un procedimiento llamado “exhibición bacteriófaga” para defender más de un mil millones péptidos posibles en busca de uno que se pegaría fuertemente al óxido del níquel del manganeso del litio. La “biblioteca del péptido” con cuál son producidos en el comercio los investigadores buscados por una compañía de la fuente del laboratorio, y contiene un gran número de secuencias de aminoácido aleatoriamente combinadas incorporadas en una proteína hecha por un virus llamado el bacteriófago M13.

Los investigadores aislaron un péptido que ata al óxido del níquel del manganeso del litio combinando la biblioteca con una muestra del óxido de metal y después en varias ocasiones quitando los péptidos que no se pegaron a ella. Los investigadores entonces combinaron el péptido nuevo-descubierto con un péptido previamente aislado que ata a los nanotubes del carbón. Los nanotubes del carbón pueden servir como nanowires conductores en electrodos del Li-ion.

El péptido resultante podría entonces formar un puente, atando a los nanoparticles del óxido del níquel del manganeso del litio y a los nanotubes del carbón y guardándolos cerca de uno a de modo que puedan mantener una conexión durante ciclos de carga múltiples. Ayudando a mantener una arquitectura altamente organizada en el nanoscale, los investigadores cuentan con que sus péptidos mejoren la energía y la estabilidad de ciclo de las baterías futuras del Li-ion, permitiendo que sean más pequeñas y que mantengan cursos de la vida más largos.

El equipo está probando actualmente como de bien los nuevos cátodos se realizan. Yendo adelante, Barannikova planea hacer un ánodo con técnicas similares e integrar los dos componentes. “Espero demostrar una batería biotemplated entera en mi tesis del Ph.D.,” ella dijo.

El cartel “péptidos Sólido-obligatorios como Biotemplate para los electrodos de la batería del Li-ion” por Evgenia Barannikova y marca Allen será presentado del 10:30 mañana - 12:30 P.M. el miércoles 11 de febrero de 2015 en el EXTRACTO de Pasillo C.: http://tinyurl.com/mkd6p88