Революционные исследования в области хранения энергии
Международная группа ученых, в том числе два исследователя из Центра передовых сенсорных технологий (CAST) при Университете штата Мэриленд в округе Балтимор (UMBC), продемонстрировала, что скрученные углеродные нанотрубки могут хранить в три раза больше энергии на единицу массы, чем усовершенствованные литий-ионные батареи. Этот прорыв позиционирует углеродные нанотрубки как перспективное решение для хранения энергии в легких, компактных и безопасных устройствах, таких как медицинские имплантаты и датчики. Результаты были недавно опубликованы в журнале Nature Nanotechnology.
Исследование стало результатом совместных усилий четырех учреждений во главе с Сигэнори Уцуми из Научного университета Сува в Чино, Япония, Кацуми Канеко из Университета Синсю в Нагано, Япония, и Сандживом Кумаром Удджайном из CAST. Кумар Удджайн начал проект в Университете Синшу и продолжил свою работу после прихода в UMBC в 2022 году. Прити Ахуджа, также из CAST, сыграла ключевую роль на этапе определения характеристик материала в исследовании.
Инновационные свойства углеродных нанотрубок
Исследователи изучили одностенные углеродные нанотрубки, которые похожи на соломинки, сделанные из листов чистого углерода толщиной всего в 1 атом. Углеродные нанотрубки легкие, относительно просты в изготовлении и примерно в 100 раз прочнее стали. Их удивительные свойства заставили ученых изучить их потенциальное использование в широком спектре технологий футуристического звучания, включая космические лифты.
Чтобы исследовать потенциал углеродных нанотрубок для хранения энергии, исследователи UMBC и их коллеги изготовили «веревки» из углеродных нанотрубок из пучков коммерчески доступных нанотрубок. После вытягивания и скручивания трубок в одну нить, исследователи затем покрыли их различными веществами, предназначенными для увеличения прочности и гибкости.
Впечатляющие возможности хранения энергии
Команда проверила, сколько энергии могут хранить такие «веревки», скручивая их вверх и измеряя энергию, которая высвобождается, когда веревки разматываются. Они обнаружили, что самые эффективные могут хранить в 15 000 раз больше энергии на единицу массы, чем стальные пружины, и примерно в три раза больше энергии, чем литий-ионные батареи. Накопленная энергия остается постоянной и доступной при температурах от –60 до +100°C. Материалы в канатах из углеродных нанотрубок также безопаснее для человеческого организма, чем те, которые используются в батареях.
«Люди долгое время накапливали энергию в механических винтовых пружинах для питания таких устройств, как часы и игрушки», — говорит Кумар Удджайн. «Это исследование показывает, что скрученные углеродные нанотрубки обладают большим потенциалом для механического хранения энергии, и мы рады поделиться этой новостью со всем миром». По его словам, команда CAST уже работает над тем, чтобы использовать скрученные углеродные нанотрубки в качестве источника энергии для прототипа датчика, который они разрабатывают.
Источник: https://scitechdaily.com/carbon-nanotubes-store-triple-the-energy-of-lithium-batteries/
