Tag archieven: silicium

Rijstkaf kan leven lithiumbatterijen verlengen

Geplaatst op door
Beantwoorden

Lithiumbatterijen zijn populair vanwege hun lage gewicht en  grote energiedichtheid, maar er valt nog wel wat aan te verbeteren. De elektroden van de batterijen bestaan uit grafiet (een vorm van koolstof), maar door de steeds herhaalde cycli van laden en ontladen vallen die elektroden op den duur uit elkaar, omdat die laadcycli gepaard gaan met het zwellen en krimpen van de elektroden als gevolg van de ‘mobiliteit’ van het lithium-ion.
Silicium zou een goede vervanger zijn van grafiet, omdat een batterij met siliciumelektroden 10 keer meer lading kan bevatten dan met grafiet. Het probleem is alleen dat silicium nog sneller uit elkaar valt door krimpen en uitzetten dan grafiet.
Er lijkt een uitweg te zijn: rijstkaf (de velletjes rond de rijstkorrel). Dat kaf is rijk aan siliciumoxide (silica). Volgens  Jang Wook Choi van het Koreaans Instituut voor wetenschap en technologie  in Daejeon zouden gaatjes in het kafje, bedoeld om lucht door te laten, er voor kunnen zorgen dat het daaruit gewonnen silicium poreus wordt. In die poriën is dan plaats voor de lithium-ionen/-atomen, zodat de elektrode door laden en ontladen niet steeds opzwelt en inkrimpt.
Om te kijken of dat idee ook werkt heeft Choi silica uit kaf (silica is siliciumdioxide oftewel zand) omgezet in puur silicium en daarvan elektroden voor batterijen gemaakt. Na 200 laad-/ontlaad-cycli bleek de batterij niet achteruit te zijn gegaan. Normaal gaat het bij een batterij met op de klassieke wijze geproduceerd silicium na 10 tot 15 cycli al bergafwaarts. Of de poreuze kafelektroden ook daadwerkelijk zullen worden toegepast is afhankelijk van de uiteindelijke kosten in vergelijking met die van grafiet-lithiumbatterijen. Het is al  bewezen dat siliciumelektroden met kunstmatige nanostructuur werken. Dan kunnen we maar beter de ‘natuurlijke’ route nemen, denkt Choi.

Bron: New Scientist

Een piepkleine transistor zonder halfgeleider

Geplaatst op door
Beantwoorden

Een transistor zonder halfgeleiders Yoke Khin Yap, hoogleraar natuurkunde aan de technische universiteit van Michigan, heeft veldeffecttransistors ontwikkeld waar geen halfgeleider aan te pas komt. De, nog experimentele, transistor, bestaat uiterst minieme gouddruppels ter grootte van 3 nanometer ( 1nm is eenmiljoenste millimeter) en nanobuisjes van boornitride. Boornitride is een isolator (geleidt geen elektriciteit).
Nu is silicium nog het favoriete materiaal in de elektronica, maar dat materiaal loopt tegen de grenzen van zijn mogelijkheden aan. Steeds maar kleiner levert op de duur geen bruikbare transistors meer op. Er ontstaan ‘lekeffecten’.  Siliciumtransistors verkwisten een hoop energie in de vorm van warmte. 
Het maken van de goudtransistors was relatief simpel. Met een laser werden de gouddruppeltjes op het boornitridebuisje aangebracht. Door die nanobuisjes konden die druppels zo klein zijn en zo regelmatig verdeeld worden. In Oak Ridge nationaal laboratorium werden aan beide zijden van zo’n reeks gouddruppeltjes op een boornitridebuisje elektroden aangebracht (zie plaatje).

Toen gebeurde er iets interessants. De elektronen ’tippelden’ netjes een voor een van gouddruppel naar gouddruppel alsof dat stapstenen waren in een rivier, waardoor je met droge voeten aan de overkant kan komen. Dat kan eigenlijk niet, omdat de bolletjes fysiek gescheiden zijn en boornitride een isolator is. Dat ‘onmogelijke’ effect wordt het kwantumtunneleffect genoemd.
In de praktijk betekent dat boven een bepaalde spanning de transistor zich als geleider gedraagt, daaronder als isolator. Er treden geen lekeffecten op zoals bij silicium en dat zou betekenen dat de goudtransistoren letterlijk koel zijn.
Er zijn al eerder transistors gemaakt die gebruik maken van het kwantumtunneleffect, maar die werken bij zeer lage temperaturen van vloeibaar helium (-269 °C). In theorie zouden de goudtransistoren nog kleiner gemaakt kunnen worden. Yap heeft zijn transistor aangemeld als internationaal octrooi. Zijn onderzoek is medegefinancierd door het Amerikaanse ministerie van energie DoE.

Bron: Eurekalert