Molekyler av det viktiga metalliska grundÀmnet niob kan anvÀndas som molekylÀra byggstenar för att designa elektrokemiska material, till exempel för energilagring. Mark Rambaran, Kemiska institutionen vid UmeÄ universitet, presenterar i sin avhandling en metod för att framstÀlla fasta material frÄn niobmolekyler i nanostorlek.

– Dessa polyoxoniobater Ă€r vattenlösliga och kan lĂ€tt syntetiseras i stora mĂ€ngder. De fungerar som molekylĂ€ra byggstenar, pĂ„ samma sĂ€tt som nĂ€r ett barn staplar legoklossar, sĂ€ger han. PĂ„ sĂ„ vis kan de anvĂ€ndas för att tillverka ett brett spektrum av material, bland annat superkondensatorer som underlĂ€ttar litiumjonlagring.

    Polyoxoniobater kan syntetiseras med mikrovÄgsstrÄlning eftersom det Àr ett snabbt och effektivt alternativ till konventionella hydrotermiska metoder, visar Mark Rambaran i sin avhandling.

    – De kan tillverkas pĂ„ 15 minuter med hjĂ€lp av mikrovĂ„gsbestrĂ„lning, vilket Ă€r mycket kortare tid Ă€n de 18 timmar som krĂ€vs med tidigare hydrotermiska metoder, sĂ€ger han.

    De nanometerstora molekylerna kan lösas upp i vatten och spinnbelÀggas till tunna filmer av till exempel niobpentoxid. NÀr dessa filmer vÀrms upp till temperaturer mellan 200 och 1 200 °C fÄr man ytor med varierande korrosionsbestÀndighet och elektrokemiska egenskaper.

    Vid högre temperaturer blir filmerna kristallina och tĂ„l mycket basiska förhĂ„llanden – och de Ă€r resistenta mot syror. Detta tillvĂ€gagĂ„ngssĂ€tt underlĂ€ttar deponering av alkalifria, tunna metalloxidfilmer med varierande kristallinitet, tjocklek och grovhet.

    – Denna förmĂ„ga att skapa tunna filmer av niobpentoxid gör det lĂ€ttare att testa pseudokapacitiva egenskaper, vilket underlĂ€ttar utvecklingen av elektrokemiska energilagringsenheter, till exempel superkondensatorer”, sĂ€ger Mark Rambaran.

    PÄ grund av hur atomerna fördelar sig i den kristallina niobpentoxiden skapas kanaler som lÀtt kan lagra och slÀppa litiumjoner i mer Àn hundra tusen cykler. Det Àr detta som gör den till en superkondensator, och den erbjuder elektrokemisk energilagring som potentiellt kan ersÀtta ett typiskt litiumjonbatteri.

    Litiumjonbatterier tenderar att ha begrÀnsad laddningslagringskapacitet och lÄnga laddnings- och urladdningstider pÄ 10 minuter eller mer, medan superkondensatorer har laddningstider pÄ sÄ lite som 10 sekunder. FörmÄgan att snabbt ladda och ladda ur gör att superkondensatorer kan tillhandahÄlla energi mycket snabbt och effektivt. AnvÀndningen av vattenlösliga polyoxoniobater erbjuder dessutom en okomplicerad och ofarlig metod för att skapa tunna metalloxidskikt, vilket förhindrar anvÀndningen av skadliga startmaterial som niobpentaklorid och niobiumpentafluorid.

    – Intresset för att utveckla nya material för energilagring styrs av behovet av att mildra klimatförĂ€ndringarna – det största och mest akuta hotet mot mĂ€nskligheten och biosfĂ€ren. För att göra detta krĂ€vs förbĂ€ttringar i tillverkningen av solceller/brĂ€nsleceller och batterier för att öka deras elektrokemiska energilagringsförmĂ„ga, samtidigt som de förblir miljövĂ€nliga, sĂ€ger Mark Rambaran.

    Forskning inriktad pÄ att utveckla elektrokemiska energilagringsanordningar eller material som övertrÀffar litiumjonbatteriers nuvarande kapacitet Àr dÀrför avgörande. Superkondensatorer anses vara lÀmpliga kandidater för att konkurrera med, om inte ersÀtta, litiumjonbatterier nÀr det gÀller elektrokemisk energilagring. Superkondensatorer anvÀnds för nÀrvarande bland annat i elbilar, elhybridfordon, spÄrvagnar, tÄg, konsumentelektronik och mÄnga fler applikationer.

    Om avhandlingen
    Den 23 september försvarar Mark Rambaran, Kemiska institutionen, UmeÄ universitet, sin doktorsavhandling med titeln Tunable surfaces: Using polyoxoniobates and -tantalates as molecular building blocks. Svensk titel: AvstÀmbara ytor: AnvÀndning av polyoxoniobater och -tantaleter som molekylÀra byggstenar. Disputationen Àger rum i Lilla hörsalen, KBC-huset, UmeÄ universitet. Fakultetsopponent Àr Mari-Ann Einarsrud, professor, Institutionen för materialvetenskap och teknik, Norges tekniska universitet, Norge.

    LĂ€s hela avhandlingen

    För mer information, vÀnligen kontakta:

    Mark Rambaran, doktorand, Kemiska institutionen, UmeÄ universitet
    Telefon 079-341-3394
    E-post: mark.rambaran@umu.se

    Pressbild

    UmeÄ universitet
    UmeÄ universitet
    Ă€r ett av Sveriges största lĂ€rosĂ€ten med drygt 37 000 studenter och 4 700 anstĂ€llda. HĂ€r finns en mĂ„ngfald av utbildningar av hög kvalitet och vĂ€rldsledande forskning inom flera vetenskapsomrĂ„den. UmeĂ„ universitet Ă€r ocksĂ„ platsen för den banbrytande upptĂ€ckten av gensaxen CRISPR-Cas9 – en revolution inom gentekniken som tilldelats Nobelpriset i kemi.

    Vid UmeÄ universitet Àr allt nÀra. VÄra sammanhÄllna campus gör det lÀtt att mötas, samarbeta och utbyta kunskap, nÄgot som gynnar en dynamisk och öppen kultur dÀr vi glÀds Ät varandras framgÄngar.

    Presskontakt:

    PresstjÀnsten

    Telefon:

    090-786 50 89

    Mobil:

    072-206 89 23