Figura 1. (a) Immagine SEM ad alto ingrandimento di L-BIOX. (b) Immagine TEM che mostra una fase iniziale della formazione di L-BIOX attorno a cellule batteriche simili a bastoncelli allineate dalla testa alla coda.
Leptothrix ocracea è una specie di batteri ossidanti il ferro che esiste nelle idrosfere naturali dove le acque sotterranee sgorgano in tutto il mondo. intrigante, il batterio produce Fe 3+ a base di particelle di ossido amorfo (ca 3 nm di diametro; Fe 3+ :Si 4+ :P 5+ ～73:22:5) che si assemblano facilmente in guaine microtubulari che circondano la cellula batterica (ca 1 μm di diametro, circa 2 mm di lunghezza, Fig. 1). La massa di tali guaine (denominate l -BIOX :Ossido di ferro biogeno prodotto da Leptothrix ) è stato generalmente considerato un rifiuto inutile, ma Jun Takada e colleghi dell'Università di Okayama hanno scoperto funzioni industriali inaspettate di l -BIOX come un grande potenziale come materiale anodico nella batteria agli ioni di litio.
Poiché l'uso della batteria, che è una potente fonte elettrica per i dispositivi elettrici portatili, si è esteso a una varietà di nuove aree come il trasporto e l'immagazzinamento dell'energia elettrica, sono stati richiesti miglioramenti della capacità della batteria e sforzi per sviluppare nuovi materiali per gli elettrodi. I processi generali di nanodimensionamento e l'appropriata modifica della superficie, necessari per regolare le proprietà della batteria, sono complicati e poco convenienti. Al contrario, l -BIOX è un materiale per elettrodi economico e di facile manipolazione, poiché la sua trama di base è composta da particelle nanometriche.
Le proprietà di carica-scarica di simple l -Le celle BIOX/Li-metal sono state esaminate a velocità di corrente di 33,3 mA/g (0,05 °C) e 666 mA/g (1 °C) per tensioni da 0 a 3 V su 50 cicli (Fig. 2). Inoltre, i cambiamenti elettronici e strutturali sono stati analizzati al microscopio da TEM/STEM/EELS e 57 Spettroscopia Fe Mӧssbauer.
Figura 2. Curve di carica-scarica a 666 mA/g tra 0 e 3,0 V. L'inserto mostra le prestazioni del ciclo di vita.
I risultati hanno mostrato che l -BIOX ha mostrato un alto potenziale come Fe 3+ /Fe 0 materiale dell'anodo di conversione. La sua capacità era significativamente superiore ai materiali convenzionali in carbonio. In particolare, la presenza di componenti minori di Si e P nell'originale l -Le particelle nanometriche di BIOX hanno prodotto un'architettura degli elettrodi specifica e ben definita. Poiché il centro elettrochimico a base di Fe è incorporato nella trama amorfa a base di Si/P, si previene una coagulazione indesiderata del centro a base di Fe.
Takada e colleghi hanno proposto un approccio unico per sviluppare nuovi materiali per elettrodi per batterie agli ioni di litio. Questo è un esempio che mostra come gli ossidi di ferro di origine batterica siano una frontiera inesplorata nella chimica dello stato solido e nella scienza dei materiali.
