Apresentando Dr. Michal Leskes Energizando o futuro com baterias de nova era As baterias agora alimentam tudo, desde pequenos pacemakers conectados ao coração humano até os motores de carros e caminhões leves sem emissões. Apenas sobre tudo elétrico que não está conectado à parede é executado por uma bateria. Nós levá-los para concedido, mas os innards das baterias são um tanto complexos. Aprimorando seu desempenho sua capacidade de continuar por mais tempo e armazenar energia de fontes diferentes é um nicho de pesquisa que um número crescente de cientistas básicos em todo o mundo estão começando a se concentrar. Um deles é o Dr. Michal Leskes, que se juntou ao Departamento de Materiais e Interfaces no Instituto Weizmann em julho. Ela se concentra em baterias recarregáveis, como as baterias de lítio-íon que alimentam uma vasta gama de produtos eletrônicos de consumo, desde laptops e telefones celulares até carros híbridos e totalmente elétricos. Ela fez seus estudos de doutorado no Instituto, onde ela contribuiu para inovações na pesquisa de ressonância magnética nuclear (RMN) de estado sólido, enquanto trabalhava com o Prof. Shimon Vega no Departamento de Química Física. Como bolsista de pós-doutorado na Universidade de Cambridge, ela usou essa poderosa tecnologia para examinar o funcionamento interno de baterias de lítio-íon recarregáveis e baterias de lítio-ar em ação. Ela monitorou a dinâmica das moléculas, íons e cargas elétricas formadas em seus eletrodos durante o carregamento e descarga. Essa informação é útil no exame de processos essenciais, como a diminuição da capacidade e a recarga ineficiente, que afetam o desempenho da bateria. É este tipo de pesquisa básica que tem o grande potencial para levar a novas estratégias para melhorar a tecnologia da bateria. Dr. Leskes cresceu em Rosh Pina, com vista para o Kinneret (o Mar da Galiléia). Ela credita a professora de química do ensino médio por seu interesse na ciência e por encorajá-la a namorar seu futuro marido, Shai, um colega. Naturalmente, eu ignorei seu conselho. O que os professores sabem sobre meninos depois de tudo ela brinca. Mas, alguns anos mais tarde em seu serviço do exército, ao compartilhar de um passeio longo do barramento a suas bases respectivas no Negev, sua faísca próxima de Tel Avivthe acendeu. Ela passou a completar um bacharelado em química na Universidade de Tel Aviv Shai tornou-se um programador de computador. Como estudante de graduação, ela passou um verão no campus do Instituto Weizmann, como parte da Escola Internacional de Ciências Kupcinet-Getz para alunos de graduação, trabalhando no laboratório de seu futuro conselheiro de PhD, o Prof. Vega. O Dr. Leskes foi atraído pela pesquisa de ressonância magnética nuclear (RMN) porque, diz ela, me permite olhar para dentro nos detalhes de átomos e moléculas. Eu amo a química de como diferentes moléculas interagem e como pequenas mudanças na química de um material pode alterar suas propriedades. A RMN me permite examiná-los ainda mais de perto. O que é tão intrigante para mim é que quanto mais você sabe sobre o techniqueshow para manipular as rotações e controlar a sua interactionsthe mais informações que você pode obter sobre os materiais e como eles funcionam. Seu trabalho de doutorado com o Prof. Vega sobre a teoria e técnicas de RMN de estado sólido contribuiu várias melhorias para aumentar sua resolução. A química das baterias Para seu trabalho de pós-doutorado, o Dr. Leskes estava interessado em estudar um sistema químico em ação, e escolheu um laboratório na Universidade de Cambridge que trabalhou com RMN como uma ferramenta para melhorar o desempenho de baterias de íon de lítio. Bater investigação trata de um pedaço real da situação energética é necessária e altamente relevantes, e RMN me deu os meios para olhar dentro de uma bateria de trabalho no nível molecular. O Programa Nacional de Pós-Doutoramento de Israel para o Avanço da Mulher na Ciência, um programa financiado por doadores liderado pelo Instituto Weizmann, ajudou a Dra. Leskes e seu marido a tornar seu período pós-doutorado na Inglaterra possível de uma perspectiva financeira. Mais importante, diz ela, realmente confirmou que o que eu estava fazendo era a coisa certa que eu posso fazer o que é preciso para se tornar um cientista de pesquisa. E isso me deu um impulso extra como o meu professor de química teve que continuar a crescer na ciência. Agora voltando ao Instituto Weizmann, estabelecendo um laboratório próprio, o Dr. Leskes está empenhado em impulsionar a sensibilidade eo alcance da ressonância magnética para novos níveis, com idéias potencialmente revolucionárias sobre como usar esse novo poder para melhorar as capacidades de uma variedade De baterias de alto desempenho. Ela aprecia estar de volta ao dinâmico dar e receber da ciência israelense, dizendo: Estou constantemente envolvido em discussões não apenas conversas sobre café, mas onde pessoas de vários laboratórios e diferentes campos realmente se envolvem no trabalho uns dos outros e encorajam uns aos outros . Sua pesquisa envolve o uso pesado de uma máquina de ressonância magnética poderosa altamente personalizada (um novo 7 Tesla a ser adquirido pelo Instituto) que pode lidar com técnicas de RMN convencional para polarização nuclear dinâmica, utilizando a rotação de elétrons. Ela espera que os resultados sejam a capacidade de ver mais detalhes de números ainda menores de átomos e moléculas, e que esse tipo de informação a ajudará a tornar as baterias de armazenamento ainda mais eficientes e poderosas. Dr. Michal Leskes é apoiado pelo Comisaroff Family Trust e Dana e Yossie Hollander, Israel. Resolução dos problemas com as baterias Li-air As baterias Li-Air aproximam-se o mais possível dos limites teóricos para a densidade de energia em uma bateria. Em peso, isto é aproximadamente 10 vezes maior do que as baterias convencionais de lítio-íon e seria suficiente para alimentar carros com uma gama comparável àqueles com motores a gasolina. Mas a engenharia de uma bateria Li-air tem sido um desafio. Liu et ai. Conseguiram superar os desafios remanescentes: foram capazes de evitar a passivação de eletrodos, transformar a estabilidade de solvente limitada em uma vantagem, eliminar os problemas fatais causados por superóxidos, alcançar alta potência com degradação insignificante e mesmo contornar os problemas de remoção de água atmosférica. Resumo A bateria recarregável de lítio-ar (Li-O 2) é uma potencial tecnologia potencial para a próxima geração de armazenamento de energia, mas sua realização prática ainda enfrenta muitos desafios. Em contraste com as células Li-O2 padrão, que ciclos através da formação de Li 2 O 2. Utilizou-se um eléctrodo de óxido de grafeno reduzido, o LiI aditivo e o solvente dimetoxietano para formar e remover reversivelmente LiOH cristalino com tamanhos de partícula maiores do que 15 micrómetros durante a descarga e a carga. Isto conduz a capacidades específicas elevadas, eficiência de energia excelente (93.2) com um diferencial de tensão de somente 0.2 volt, e rechargeability impressionante. As células toleram altas concentrações de água, sendo a água a fonte de protões dominante para o LiOH juntamente com LiI, tem um impacto decisivo sobre a natureza química do produto de descarga e sobre o desempenho da bateria. Uma bateria de lítio-ar avançada American Association for the Advancement Utilizando uma combinação única de materiais, os cientistas superaram muitas das barreiras atuais ao desenvolvimento de baterias de lítio-ar, segundo um novo estudo. As baterias de lítio-ar poderiam teoricamente dar carros elétricos da mesma gama como os de gasolina, sem exigir baterias excessivamente pesadas, mas várias armadilhas principais pararam este modelo de bateria de atingir seu potencial. O projeto de batterys envolve um eletrodo negativo de metal de lítio, um eletrólito não-aquoso e um eletrodo positivo que trabalham em conjunto. Para alguns projetos, a formação de peróxido de lítio durante a descarga (o período em que a bateria fornece tensão) compete com um número de reações secundárias indesejáveis que atacam o eletrólito e reduzem a eficiência geral da bateria. Além disso, as partículas de descarga deste modelo podem obstruir os poros pequenos do eléctrodo de recepção. Para evitar esses problemas, Tao Liu et al. Projetou sua bateria em torno da produção de hidróxido de lítio. Um passo chave foi a adição de iodeto de lítio, que reduz a resistência. Uma segunda diferença chave foi a utilização de óxido de grafeno reduzido macroporoso como o eléctrodo receptor. Os grandes poros permitiram maior coleção de cristais de descarga. A bateria dos pesquisadores também mostrou uma alta tolerância à água, algo não típico de uma célula de lítio-ar. Essas melhorias, que oferecem alta eficiência e a opção de recarregar repetidamente, poderiam acelerar o desenvolvimento de uma bateria de lítio-ar comercialmente viável. Artigo 9: Baterias Li-O2 de ciclismo através da formação e da decomposição de LiOH, por T. Liu M. Leskes W. Yu A. J. Moore L. Zhou P. M. Bayley G. Kim C. P. Gray na Universidade de Cambridge em Cambridge, Reino Unido M. Leskes no Weizmann Institute of Science em Rehovot, Israel W. Yu na Universidade Central do Sul em Changsha, China. Co-autores estão disponíveis para entrevistas em inglês, chinês, coreano e hebraico. Disclaimer: AAAS e EurekAlert não são responsáveis pela exatidão dos comunicados de imprensa publicados no EurekAlert por instituições contribuintes ou pelo uso de qualquer informação através do sistema EurekAlert. Artigo relacionado no Diário dx. Doi Org / 10. 1126 / ciência. 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