碳奈米管儲存的能量是鋰電池的三倍
最新研究表明,扭曲的碳奈米管可以儲存高密度的能量,為感測器或其他技術提供動力。研究人員發現,扭曲的碳奈米管單位質量可儲存三倍於鋰離子電池的能量,使其成為醫療植入物等輕質安全儲能應用的理想選擇。
掃描電子顯微鏡影像顯示了一些碳奈米管”繩索”受到的不同扭曲應變。 圖片來源:Preety Ahuja 觀察到的原位顯微照片
包括馬裡蘭大學巴爾的摩郡分校(UMBC)先進感測器技術中心(CAST)兩位研究人員在內的一個全球科學家團隊證明,扭曲的碳奈米管單位質量可儲存的能量是先進鋰離子電池的三倍。 這項突破將碳奈米管定位為輕質、緊湊、安全的能量儲存解決方案,如醫療植入物和感測器。 這項研究成果最近發表在《自然-奈米技術》(Nature Nanotechnology)上。
這項研究由四家機構合作完成,分別由日本茅野詬訪理科大學的內海重典(Shigenori Utsumi)、日本長野信州大學的金子克美(Katsumi Kaneko)和中國科學技術大學的桑吉夫-庫馬爾-烏賈因(Sanjeev Kumar Ujjain)領導。 Kumar Ujjain 在信州大學開始了該項目,2022 年加入UMBC 後繼續他的工作。 同樣來自中國科協的Preety Ahuja 在研究的材料表徵階段發揮了關鍵作用。
研究人員對單壁奈米碳管進行了研究,碳奈米管就像吸管一樣,由厚度僅為1原子的純碳片製成。 奈米碳管重量輕,比較容易製造,強度是鋼的100 倍。 這些令人驚嘆的特性促使科學家探索它們在各種聽起來很有未來感的技術中的潛在用途,包括太空電梯。
為了研究碳奈米管儲存能量的潛力,UMBC 的研究人員及其同事用成束的市售碳奈米管製造了碳奈米管”繩索”。 在將碳奈米管拉擰成一條線後,研究人員在其表面塗上不同的物質,以增加碳奈米管繩的強度和柔韌性。
研究團隊透過扭轉繩索並測量繩索鬆開時釋放的能量,測試了繩索能夠儲存多少能量。 他們發現,性能最好的繩索單位質量可儲存的能量是鋼製彈簧的15,000 倍,是鋰離子電池的三倍。 所儲存的能量在-76 至+212 °F(-60 至+100 °C)的溫度範圍內都能保持穩定並可取得。 與電池中使用的材料相比,碳奈米管繩索中的材料對人體也更安全。
“長期以來,人類一直將能量儲存在機械螺旋彈簧中,為手錶和玩具等設備提供動力,」Kumar Ujjain 說。 “這項研究表明,扭曲碳奈米管在機械儲能方面具有巨大潛力,我們很高興能與全世界分享這一消息。”
CAST團隊已經在努力將扭曲碳奈米管作為一種能源,用於他們正在開發的感測器原型。
編譯自/ ScitechDaily