Known as alginate, the material is

Known as alginate, the material is extracted from common, fast-growing brown algae. In tests so far, it has helped boost energy storage and output for both graphite-based electrodes used in existing batteries and silicon-based electrodes being developed for future generations of batteries.

The research, the result of collaboration between scientists and engineers at Clemson University and the Georgia Institute of Technology, will be reported Sept. 8 in Science Express, an online-only publication of the journal Science that publishes selected papers in advance of the journal. The project was supported by the two universities as well as by a Honda Initiation Grant and a grant from NASA.

"Making less-expensive batteries that can store more energy and last longer with the help of alginate could provide a large and long-lasting impact on the community," said Gleb Yushin, an assistant professor in Georgia Tech's School of Materials Science and Engineering. "These batteries could contribute to building a more energy-efficient economy with extended-range electric cars, as well as cell phones and notebook computers that run longer on battery power -- all with environmentally friendly manufacturing technologies."

Working with Igor Luzinov at Clemson University, the scientists looked at ways to improve binder materials in batteries. The binder is a critical component that suspends the silicon or graphite particles that actively interact with the electrolyte that provides battery power.

"We specifically looked at materials that had evolved in natural systems, such as aquatic plants which grow in saltwater with a high concentration of ions," said Luzinov, a professor in Clemson's School of Materials Science and Engineering. "Since electrodes in batteries are immersed in a liquid electrolyte, we felt that aquatic plants -- in particular, plants growing in such an aggressive environment as saltwater -- would be excellent candidates for natural binders."

Finding just the right material is an important step toward improving the performance of lithium-ion batteries, which are essential to a broad range of applications, from cars to cell phones. The popular and lightweight batteries work by transferring lithium ions between two electrodes -- a cathode and an anode -- through a liquid electrolyte. The more efficiently the lithium ions can enter the two electrodes during charge and discharge cycles, the larger the battery's capacity will be.

Existing lithium-ion batteries rely on anodes made from graphite, a form of carbon. Silicon-based anodes theoretically offer as much as a tenfold capacity improvement over graphite anodes, but silicon-based anodes so far have not been stable enough for practical use.

Among the challenges for binder materials are that anodes to be used in future batteries must allow for the expansion and contraction of the silicon nanoparticles and that existing electrodes use a polyvinylidene fluoride binder manufactured using a toxic solvent.

Alginates -- low-cost materials that already are used in foods, pharmaceutical products, paper and other applications -- are attractive because of their uniformly distributed carboxylic groups. Other materials, such as carboxymethyl cellulose, can be processed to include the carboxylic groups, but that adds to their cost and does not provide the natural uniform distribution of alginates.

The alginate is extracted from the seaweed through a simple soda-based (Na2CO3) process that generates a uniform material. The anodes then can be produced through an environmentally friendly process that uses a water-based slurry to suspend the silicon or graphite nanoparticles. The new alginate electrodes are compatible with existing production techniques and can be integrated into existing battery designs, Yushin said.

Use of the alginate may help address one of the most difficult problems limiting the use of high-energy silicon anodes. When batteries begin operating, decomposition of the lithium-ion electrolyte forms a solid electrolyte interface on the surface of the anode. The interface must be stable and allow lithium ions to pass through it, yet restrict the flow of fresh electrolyte.

With graphite particles, whose volume does not change, the interface remains stable. However, because the volume of silicon nanoparticles changes during operation of the battery, cracks can form and allow additional electrolyte decomposition until the pores that allow ion flow become clogged, causing battery failure. Alginate not only binds silicon nanoparticles to each other and to the metal foil of the anode, but they also coat the silicon nanoparticles themselves and provide a strong support for the interface, preventing degradation.

Thus far, the researchers have demonstrated that the alginate can produce battery anodes with reversible capacity eight times greater than that of today's best graphite electrodes. The anode also demonstrates a coulombic efficiency approaching 100 perce

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

เรียกว่าแอลจิเนต วัสดุที่สกัดจากสาหร่ายสีน้ำตาลทั่วไป เติบ โตเร็ว ในการทดสอบ เพื่อห่างไกล ช่วยเพิ่มพลังงานเก็บและแสดงผลสำหรับอิเล็กโทรดที่ใช้กราไฟท์ใช้ในแบตเตอรี่ที่มีอยู่และอิเล็กโทรดที่ใช้ซิลิโคนได้รับการพัฒนาสำหรับคนรุ่นอนาคตของแบตเตอรี่วิจัย ผลของความร่วมมือระหว่างนักวิทยาศาสตร์และวิศวกรที่มหาวิทยาลัยท่องและจอร์เจียสถาบันเทคโนโลยี จะมีรายงานวันที่ 8 ก.ย.ในวิทยาศาสตร์ด่วน สิ่งพิมพ์ออนไลน์เท่านั้นเป็นวิทยาศาสตร์ที่เผยแพร่เอกสารที่เลือกไว้ล่วงหน้าของสมุดรายวันสมุดรายวัน โครงการได้รับการสนับสนุน โดยมหาวิทยาลัยสองแห่งเช่นเดียว กับฮอนด้าเริ่มต้นให้และเงินช่วยเหลือจากนาซ่า"ทำราคาแบตเตอรี่ที่สามารถเก็บพลังงานมากขึ้น และยาวนานของแอลจิเนต อาจให้ผลขนาดใหญ่ และยาวนานในชุมชน กล่าวว่า Gleb Yushin เป็นผู้ช่วยศาสตราจารย์ในจอร์เจียเทคโรงเรียนวัสดุวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์ "แบตเตอรี่เหล่านี้สามารถนำไปสู่การสร้างเศรษฐกิจมากช่วงขยายไฟฟ้ารถ ยนต์ เป็นโทรศัพท์มือถือ และคอมพิวเตอร์โน้ตบุ๊คที่รันยาวพลังงานจากแบตเตอรี่ - ด้วยเทคโนโลยีการผลิตที่เป็นมิตร"ทำงานกับ Igor Luzinov มหาวิทยาลัยท่อง นักวิทยาศาสตร์มองที่วิธีการปรับปรุงวัสดุปกในแบตเตอรี่ สารยึดเกาะที่เป็นส่วนประกอบสำคัญที่หยุดอนุภาคซิลิโคนหรือกราไฟท์ที่กำลังโต้ตอบกับอิเล็กโทรไลท์ที่ให้พลังงานแบตเตอรี"เรามองที่วัสดุที่มีพัฒนาในระบบธรรมชาติ เช่นน้ำ โดยเฉพาะพืชที่เติบโตในน้ำเกลือเข้มข้นของไอออน, " กล่าวว่า Luzinov อาจารย์ในโรงเรียนของวัสดุศาสตร์และวิศวกรรมของท่อง "ตั้งแต่มีอิเล็กโทรไลท์ของเหลวจะอยู่ขั้วแบตเตอรี่ เรารู้สึกว่าน้ำพืช - โดยเฉพาะอย่างยิ่ง พืชที่เติบโตในเช่นสภาพแวดล้อมที่ก้าวร้าวเป็นน้ำเค็ม - จะเป็นผู้สมัครที่ดีสำหรับเข้าเล่มธรรมชาติ"หาเพียงวัสดุถูกต้องเป็นขั้นตอนสำคัญเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ซึ่งมีความจำเป็นที่ใช้งาน จากรถโทรศัพท์มือถือ แบตเตอรี่น้ำหนักเบา และนิยมทำ โดยการโอนลิเธียมไอออนระหว่างขั้วไฟฟ้าสอง -แคโทดและแอโนดมี - ผ่านมีอิเล็กโทรไลท์ของเหลว ที่เพิ่มประสิทธิภาพแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนสามารถป้อนสองขั้วไฟฟ้าระหว่างประจุ และปล่อยรอบ มีขนาดใหญ่ความจุของแบตเตอรี่จะแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่มีอยู่พึ่งใบจักรทำจากแกรไฟต์ แบบของคาร์บอน ใช้ซิลิโคนกันกร่อนทางทฤษฎีให้มากที่สุดเท่าที่เป็นสิบเท่ากำลังปรับปรุงผ่านไฟท์กันกร่อน แต่ใช้ซิลิโคนกันกร่อนจนไม่ได้ความเสถียรพอสำหรับการใช้งานหนึ่งในความท้าทายสำหรับปก วัสดุว่า ใบจักรที่จะใช้ในอนาคตแบตเตอรี่ต้องเผื่อการขยายตัวและหดตัวของเก็บกักซิลิคอน และขั้วไฟฟ้าที่มีอยู่ใช้เครื่องผูกฟลูออไรด์ polyvinylidene ผลิตโดยใช้ตัวทำละลายที่เป็นพิษAlginates -ต้นทุนต่ำวัสดุที่จะใช้ในอาหาร ยา กระดาษ และอื่นๆ - เป็นที่น่าสนใจเนื่องจากกลุ่ม carboxylic การกระจายอย่างสม่ำเสมอ วัสดุอื่น ๆ เช่นเซลลูโลส carboxymethyl สามารถประมวลผลการรวมกลุ่ม carboxylic แต่ที่เพิ่มต้นทุนของพวกเขา และไม่ให้กระจายสม่ำเสมอธรรมชาติของ alginatesแอลจิเนตที่สกัดจากสาหร่ายผ่านง่ายใช้โซดา (เรียก) กระบวนการที่สร้างวัสดุเหมือนกัน การกันกร่อนแล้วสามารถผลิตผ่านกระบวนการสิ่งแวดล้อมที่ใช้สารละลายน้ำที่ใช้เพื่อระงับการเก็บกักการซิลิโคนหรือกราไฟท์ ขั้วไฟฟ้าแอลจิเนตใหม่เข้ากันได้กับเทคนิคการผลิตที่มีอยู่ และสามารถรวมได้ออกแบบที่มีอยู่ในแบตเตอรี่ Yushin กล่าวว่าใช้ของแอลจิเนตอาจช่วยอยู่ปัญหายากที่สุดที่จำกัดการใช้พลังงานสูงซิลิโคนกันกร่อน เมื่อแบตเตอรี่เริ่มปฏิบัติการ แยกส่วนประกอบของอิเล็กโทรไลท์ของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบอินเทอร์เฟซที่อิเล็กโทรไลต์แข็งบนพื้นผิวของขั้วบวก อินเทอร์เฟซต้องมั่นคง และให้ลิเธียมไอออนเพื่อผ่านทาง ยังจำกัดการไหลของอิเล็กโทรไลท์สดกับอนุภาคแกรไฟต์ ระดับเสียงไม่เปลี่ยนแปลง อินเตอร์เฟซยังคงมีเสถียรภาพ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากระดับเก็บกักซิลิคอนเปลี่ยนแปลงระหว่างการทำงานของแบตเตอรี่ รอยแตกสามารถฟอร์ม และช่วยให้ย่อยสลายเติมอิเล็กโทรไลต์จนรูขุมขนให้ไอออนไหลเหลืองเป็นอุดตัน สาเหตุของความล้มเหลวของแบตเตอรี่ แอลจิเนตไม่เพียงผูกเก็บกักซิลิคอน กับแต่ละอื่น ๆ และฟอยล์โลหะของแอโนด แต่พวกเขายังเสื้อเก็บกักซิลิคอนเอง และให้สนับสนุนแข็งแกร่งสำหรับอินเตอร์เฟซ ป้องกันการย่อยสลายป่านนี้ นักวิจัยได้แสดงให้เห็นว่า แอลจิเนตที่สามารถผลิตใบจักรแบตเตอรี่กลับกำลังแปดเท่าที่มากกว่าขั้วไฟฟ้าไฟท์ที่ดีที่สุดของวันนี้ ขั้วบวกแล้วยังแสดงมีประสิทธิภาพ coulombic ใกล้ 100 perce

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

รู้จักกันในชื่ออัลจิเนตวัสดุที่เป็นสารสกัดจากทั่วไปที่เติบโตอย่างรวดเร็วของสาหร่ายสีน้ำตาล ในการทดสอบเพื่อให้ห่างไกลจะได้ช่วยเก็บพลังงานเพิ่มและการส่งออกของทั้งสองขั้วไฟฟ้ากราไฟท์ที่ใช้ในแบตเตอรี่และขั้วไฟฟ้าซิลิคอนที่มีอยู่ได้รับการพัฒนาสำหรับคนรุ่นอนาคตของแบตเตอรี่. การวิจัยผลของการทำงานร่วมกันระหว่างนักวิทยาศาสตร์และวิศวกรที่มหาวิทยาลัยเคลม และสถาบันเทคโนโลยีจอร์เจีย, จะมีการรายงานใน 8 กันยายนวิทยาศาสตร์ด่วนแบบออนไลน์เท่านั้นที่ตีพิมพ์ของวารสารวิทยาศาสตร์ที่มีการเผยแพร่เอกสารที่เลือกล่วงหน้าของวารสาร โครงการนี้ได้รับการสนับสนุนจากทั้งสองมหาวิทยาลัยเช่นเดียวกับฮอนด้าเริ่มต้นแกรนท์และทุนจากนาซา. "ทำแบตเตอรี่น้อยราคาแพงที่สามารถเก็บพลังงานมากขึ้นและนานด้วยความช่วยเหลือของอัลจิเนตสามารถให้ผลกระทบมากและยาวนาน ในชุมชน "Gleb Yushin ผู้ช่วยศาสตราจารย์ในโรงเรียนของจอร์เจียเทควัสดุศาสตร์และวิศวกรรมกล่าวว่า "แบตเตอรี่เหล่านี้อาจนำไปสู่การสร้างเศรษฐกิจพลังงานอย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นด้วยการขยายช่วงรถยนต์ไฟฟ้าเช่นเดียวกับโทรศัพท์มือถือและคอมพิวเตอร์โน๊ตบุ๊คที่ทำงานอีกต่อไปใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ -. ทั้งหมดที่มีเทคโนโลยีการผลิตที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม" การทำงานกับอิกอร์ Luzinov ที่เคลม มหาวิทยาลัยนักวิทยาศาสตร์มองที่วิธีการปรับปรุงวัสดุเครื่องผูกในแบตเตอรี่ เครื่องผูกเป็นส่วนประกอบที่สำคัญที่ระงับซิลิคอนหรือกราไฟท์อนุภาคที่แข็งขันโต้ตอบกับอิเล็กโทรที่ให้พลังงานแบตเตอรี่. "เราโดยเฉพาะมองที่วัสดุที่มีวิวัฒนาการในระบบธรรมชาติเช่นพืชน้ำที่เจริญเติบโตได้ในน้ำเค็มที่มีความเข้มข้นสูงของ ไอออน "Luzinov เป็นอาจารย์ในโรงเรียนเคลมวัสดุศาสตร์และวิศวกรรมกล่าวว่า "นับตั้งแต่ขั้วไฟฟ้าในแบตเตอรี่จะถูกแช่อยู่ในอิเล็กโทรไลของเหลวที่เรารู้สึกว่าพืชน้ำ - โดยเฉพาะอย่างยิ่งการปลูกพืชในสภาพแวดล้อมเช่นก้าวร้าวเป็นน้ำเค็ม - จะเป็นผู้สมัครที่ดีสำหรับสารธรรมชาติ." หาเพียงวัสดุที่เหมาะสมเป็นสิ่งสำคัญ ก้าวไปสู่การปรับปรุงประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนซึ่งมีความจำเป็นเพื่อความหลากหลายของการใช้งานจากรถยนต์ไปยังโทรศัพท์มือถือ แบตเตอรี่ที่เป็นที่นิยมและมีน้ำหนักเบาทำงานโดยการโอนลิเธียมไอออนระหว่างสองขั้วไฟฟ้า - ขั้วลบและขั้วบวก - ผ่านอิเล็กโทรไลของเหลว ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นลิเธียมไอออนสามารถป้อนสองขั้วไฟฟ้าในระหว่างการจ่ายและการปล่อยรอบความจุของแบตเตอรี่ที่มีขนาดใหญ่จะเป็น. ที่มีอยู่แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนพึ่งพา anodes ทำจากกราไฟท์รูปแบบของคาร์บอน anodes ซิลิคอนในทางทฤษฎีให้มากที่สุดเท่าที่มีการปรับปรุงกำลังการผลิตขึ้นเป็นสิบเท่ามากกว่า anodes ไฟท์ แต่ anodes ซิลิคอนจนถึงขณะนี้ยังไม่ได้รับความมั่นคงเพียงพอสำหรับการใช้งานจริง. ท่ามกลางความท้าทายสำหรับวัสดุสารยึดเกาะที่ anodes ที่จะใช้ในแบตเตอรี่ในอนาคตจะต้องอนุญาต สำหรับการขยายตัวและการหดตัวของอนุภาคนาโนซิลิกอนและที่ขั้วไฟฟ้าที่มีอยู่ใช้สารยึดเกาะ Polyvinylidene ลูออไรด์ที่ผลิตโดยใช้ตัวทำละลายที่เป็นพิษ. alginates - วัสดุที่ใช้ต้นทุนต่ำที่มีอยู่แล้วถูกนำมาใช้ในอาหารผลิตภัณฑ์ยา, กระดาษและการใช้งานอื่น ๆ - มีความน่าสนใจเพราะ ในกลุ่มของพวกเขาคาร์บอกซิกระจายอย่างสม่ำเสมอ วัสดุอื่น ๆ เช่นคาร์บอกซีเซลลูโลสสามารถประมวลผลที่จะรวมกลุ่มคาร์บอกซิ แต่ที่เพิ่มค่าใช้จ่ายของพวกเขาและไม่ได้ให้การกระจายชุดตามธรรมชาติของ alginates. อัลจิเนตที่สกัดจากสาหร่ายทะเลผ่านง่ายโซดา-based (Na2CO3) กระบวนการที่สร้างวัสดุเครื่องแบบ anodes แล้วสามารถผลิตได้ผ่านขั้นตอนการเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมที่ใช้สารละลายน้ำที่ใช้ในการระงับซิลิคอนหรือกราไฟท์อนุภาคนาโน ขั้วไฟฟ้าอัลจิเนตใหม่เข้ากันได้กับเทคนิคการผลิตที่มีอยู่และสามารถบูรณาการเข้ากับการออกแบบแบตเตอรี่ที่มีอยู่ Yushin กล่าว. การใช้อัลจิเนตอาจจะช่วยให้อยู่หนึ่งในปัญหาที่ยากที่สุดของการ จำกัด การใช้ anodes ซิลิคอนพลังงานสูง เมื่อแบตเตอรี่เริ่มปฏิบัติการสลายตัวของอิเล็กโทรลิเธียมไอออนในรูปแบบอิเล็กโทรไลอินเตอร์เฟซที่เป็นของแข็งบนพื้นผิวของขั้วบวกที่ อินเตอร์เฟซที่จะต้องมีเสถียรภาพและช่วยให้ลิเธียมไอออนที่จะผ่านมันยัง จำกัด การไหลของอิสด. ที่มีอนุภาคไฟท์ซึ่งมีปริมาณไม่เปลี่ยนแปลงอินเตอร์เฟซยังคงมีเสถียรภาพ แต่เนื่องจากปริมาณของอนุภาคนาโนซิลิกอนการเปลี่ยนแปลงในระหว่างการดำเนินงานของแบตเตอรี่ให้สามารถสร้างรอยแตกและช่วยให้การสลายตัวของอิเล็กโทรเพิ่มเติมจนถึงรูขุมขนที่ช่วยให้การไหลของไอออนกลายเป็นอุดตันก่อให้เกิดความล้มเหลวของแบตเตอรี่ อัลจิเนตไม่เพียง แต่ผูกอนุภาคนาโนซิลิกอนกับแต่ละอื่น ๆ และฟอยล์โลหะของขั้วบวก แต่พวกเขายังเสื้อซิลิคอนนาโนตัวเองและให้การสนับสนุนที่แข็งแกร่งสำหรับอินเตอร์เฟซการป้องกันการย่อยสลาย. ป่านนี้นักวิจัยได้แสดงให้เห็นว่าอัลจิเนตสามารถผลิต anodes แบตเตอรี่ที่มีความจุพลิกกลับแปดครั้งยิ่งใหญ่กว่าของวันนี้ขั้วไฟฟ้ากราไฟท์ที่ดีที่สุด ขั้วบวกยังแสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพ Coulombic ใกล้ 100 Perce