Peptide nanostructure templated growth of iron phosphate nanostructures for energy storage applications

Şarj edilebilir piller, çevre dostu kullanımları sebebiyle birincil hücrelerin kulanımının yerine geçmişlerdir. Lityum-iyon piller, yüksek elektrokimyasal potansiyelleri, yüksek enerji yoğunluğu, dayanıklılığı ve esnek tasarlanabilirlikleri sayesinde piyasadaki diğer şarj edilebilir bataryaların yerini alan pil örneklerinden birisidir. Diğer katot malzemelere kıyasla, Li-iyon piller kullanılan demir oksit (FePO4) daha az toksik, çevre dostu ve daha ucuzdur. Anorganik malzeme üretiminin yollarından biri, malzeme boyutu ve yapısı üzerinde kontrol sağlamayı kolaylaştıran, şablon-yönelimli mineralizasyon yöntemi kullanmaktır. Tek boyutlu (1-D) nanoyapıların üretilmesi, kullanınlan şablonun özelliği gözönünde bulundurularak mümkündür. Nanoyapılar özellikle, aktif madde ve elektrolit arasında yeterli teması sağlayarak hızlı iyon/elektron transferini destekleyen geniş yüzey ve hacim oranları ve yapısal kararlılıkları sayesinde ilgi çekmektedirler. Bu bağlamda, lityum iyon pil verimliliğini artırmak için, geniş yüzey alanına sahip tek boyutlu demir fosfat (FePO4) nanomalzemeler, sentezlenmiştir. Demir fosfat nanoyapılarının sentezi, iki farklı peptit amfifil kullanılarak yapılmıştır. Demir (III) klorür (FeCl3), peptit amfifil moleküllerinin kendiliğinden biraraya gelmesini başlatmak için kullanılmış ve sonrasında kendiliğinden biraraya gelen bu nanoyapı, FePO4'ın nükleasyon bölgesini oluşturmuştur. Beta yaprağı ikincil yapı oluşturan bu peptitler, organik-anorganik çekirdek kabuk (core-shell) malzemeleri için esas teşkil eden nanoyapıların oluşumunu sağlamaktadır. Kalsinasyon, peptidi uzaklaştırılmak için yapılmıştır. Li-iyon pilleri için kullanılan katot film, tek boyutlu demir fosfat şsblon ile çok-duvarlı karbon nanotüplerinin (MWNT) karışımı ile hazırlanmıştır. Sonuç olarak, bu şablon-yönelimli elektrot malzemesi, hızlı iyon/electron transferi, malzeme ve elektrolit arasında yeterli temas ve geliştirilmiş esnekliğin yardımıyla şablon olmadan üretilen elektrot materyalinden daha yüksek toplam kapasite sunmaktadır.