Figura 1. (a) Imagen SEM de gran aumento de L-BIOX. (b) Imagen TEM que muestra una etapa temprana de la formación de L-BIOX alrededor de células bacterianas en forma de bastón alineadas de la cabeza a la cola.
Leptothrix ochracea es una especie de bacteria oxidante del hierro que existe en las hidrosferas naturales donde el agua subterránea fluye por todo el mundo. Curiosamente, la bacteria produce Fe 3+ -partículas de óxido amorfo (aproximadamente 3 nm de diámetro; Fe 3+ :Si 4+ :PAG 5+ ～ 73:22:5) que se ensamblan fácilmente en vainas microtubulares que abarcan la célula bacteriana (aproximadamente 1 μm de diámetro, ca 2 mm de longitud, Figura 1). La masa de tales vainas (llamado L -BIOX:Óxido de hierro biogénico producido por Leptothrix ) se ha considerado habitualmente un desperdicio inútil, pero Jun Takada y sus colegas de la Universidad de Okayama descubrieron funciones industriales inesperadas de L -BIOX como un gran potencial como material de ánodo en la batería de iones de litio.
Dado que el uso de la batería, que es una poderosa fuente eléctrica para dispositivos eléctricos portátiles, se ha expandido a una variedad de áreas nuevas, como el transporte y el almacenamiento de energía eléctrica, Se ha exigido la mejora de la capacidad de la batería y el esfuerzo para desarrollar nuevos materiales de electrodos. Los procesos generales de nano-tamaño y modificación apropiada de la superficie que se requieren para ajustar las propiedades de la batería son complicados y rentables. Por el contrario, L -BIOX es un material de electrodo rentable y de fácil manejo, ya que su textura básica está compuesta por partículas nanométricas.
Las propiedades de carga-descarga de simple L -Las células BIOX / Li-metal se examinaron a velocidades de corriente de 33,3 mA / g (0,05 C) y 666 mA / g (1 C) para voltajes de 0 a 3 V durante 50 ciclos (Fig. 2). Además, Los cambios electrónicos y estructurales fueron analizados microscópicamente por TEM / STEM / EELS y 57 Espectroscopía de Fe Mӧssbauer.
Figura 2. Curvas de carga-descarga a 666 mA / g entre 0 y 3,0 V. El recuadro muestra el rendimiento del ciclo de vida.
Los resultados mostraron que L -BIOX exhibió un alto potencial como Fe 3+ / Fe 0 material del ánodo de conversión. Su capacidad era significativamente mayor que la de los materiales de carbono convencionales. Notablemente, la presencia de componentes menores de Si y P en el original L -Las partículas nanométricas BIOX dieron como resultado una arquitectura de electrodo específica y bien definida. Dado que el centro electroquímico a base de Fe está incrustado en una textura amorfa basada en Si / P, Se evita una coagulación indeseable del centro basado en Fe.
Takada y sus colegas propusieron un enfoque único para desarrollar nuevos materiales de electrodos para baterías de iones de litio. Este es un ejemplo que muestra que los óxidos de hierro de origen bacteriano son una frontera inexplorada en la química del estado sólido y la ciencia de los materiales.
