Figure 1. (a) Image SEM à fort grossissement de L-BIOX. (b) Image MET montrant un stade précoce de la formation de L-BIOX autour de cellules bactériennes en forme de bâtonnets alignées tête-bêche.
Leptothrix ochracea est une espèce de bactérie oxydant le fer qui existe dans les hydrosphères naturelles où les eaux souterraines débordent dans le monde entier. Curieusement, la bactérie produit du Fe 3+ à base de particules d'oxyde amorphe (diamètre d'environ 3 nm ; Fe 3+ :Si 4+ :P 5+ ～73:22:5) qui s'assemblent facilement en gaines microtubulaires englobant la cellule bactérienne (environ 1 m de diamètre, longueur d'environ 2 mm, Fig. 1). La masse de ces gaines (nommées L -BIOX :Oxyde de fer biogène produit par Leptothrix ) est généralement considéré comme un déchet inutile, mais Jun Takada et ses collègues de l'Université d'Okayama ont découvert des fonctions industrielles inattendues de L -BIOX tel qu'un grand potentiel en tant que matériau d'anode dans la batterie lithium-ion.
Depuis que l'utilisation de la batterie qui est une source électrique puissante pour les appareils électriques portables s'est étendue à une variété de nouveaux domaines tels que le transport et le stockage d'énergie électrique, l'amélioration de la capacité de la batterie et des efforts pour développer de nouveaux matériaux d'électrode ont été demandés. Les processus généraux de nanodimensionnement et de modification de surface appropriée qui sont nécessaires pour régler la propriété de la batterie sont compliqués et peu coûteux. Par contre, L -BIOX est un matériau d'électrode économique et facile à manipuler, puisque sa texture de base est composée de particules nanométriques.
Les propriétés de charge-décharge du simple L -Les cellules BIOX/Li-métal ont été examinées à des taux de courant de 33,3 mA/g (0,05 C) et 666 mA/g (1 C) pour des tensions de 0 à 3 V sur 50 cycles (Fig. 2). En outre, les changements électroniques et structurels ont été analysés au microscope par TEM/STEM/EELS et 57 Spectroscopie Fe Mӧssbauer.
Figure 2. Courbes de charge-décharge à 666 mA/g entre 0 et 3,0 V. L'encart montre les performances de cycle de vie.
Les résultats ont montré que L -BIOX présentait un potentiel élevé en tant que Fe 3+ /Fe 0 matériau d'anode de conversion. Sa capacité était nettement supérieure à celle des matériaux carbonés conventionnels. Notamment, la présence de composants mineurs de Si et P dans l'original L -Les particules nanométriques BIOX ont abouti à une architecture d'électrode spécifique et bien définie. Étant donné que le centre électrochimique à base de Fe est noyé dans une texture amorphe à base de Si/P, une coagulation indésirable du centre à base de Fe est empêchée.
Takada et ses collègues ont proposé une approche unique pour développer de nouveaux matériaux d'électrode pour la batterie Li-ion. C'est un exemple qui montre que les oxydes de fer d'origine bactérienne sont une frontière inexplorée en chimie du solide et en science des matériaux.
