イオン速度の新記録がバッテリー充電やバイオセンシングの高速化の可能性を示す(New ion speed record holds potential for faster battery charging, biosensing)

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2024-11-19 ワシントン州立大学(WSU)

ワシントン州立大学の研究者は、イオンの移動速度を記録的に高める新技術を開発しました。イオン移動はエネルギー貯蔵システムやバイオセンシングデバイスにとって重要なプロセスであり、従来の技術では限界がありました。今回の研究では、イオンの流れを制御するための新しい材料や方法が利用され、これにより従来よりも高速で効率的な移動が可能となりました。この技術は、バッテリーの充電速度を大幅に向上させる潜在力を持ち、特にスマートフォンや電気自動車などでの実用化が期待されています。また、バイオセンシングの分野では、より迅速で正確な検出が可能になり、医療や環境モニタリングの分野で大きな進展が見込まれています。

<関連情報>

有機配位イオン・電子輸送の局所的化学的増強とゲーティング Local Chemical Enhancement and Gating of Organic Coordinated Ionic-Electronic Transport

Tamanna Khan, Terry McAfee, Thomas J. Ferron, Awwad Alotaibi, Brian A. Collins
Advanced Materials  Published: 19 November 2024
DOI:https://doi.org/10.1002/adma.202406281

イオン速度の新記録がバッテリー充電やバイオセンシングの高速化の可能性を示す(New ion speed record holds potential for faster battery charging, biosensing)

Abstract

Superior properties in organic mixed ionic-electronic conductors (OMIECs) over inorganic counterparts have inspired intense interest in biosensing, soft-robotics, neuromorphic computing, and smart medicine. However, slow ion transport relative to charge transport in these materials is a limiting factor. Here, it is demonstrated that hydrophilic molecules local to an interfacial OMIEC nanochannel can accelerate ion transport with ion mobilities surpassing electrophoretic transport by more than an order of magnitude. Furthermore, ion access to this interfacial channel can be gated through local surface energy. This mechanism is applied in a novel sensing device, which electronically detects and characterizes chemical reaction dynamics local to the buried channel. The ability to enhance ion transport at the nanoscale in OMIECs as well as govern ion transport through local chemical signaling enables new functionalities for printable, stretchable, and biocompatible mixed conduction devices.

0402電気応用
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