Нові дослідження показують, що скручені вуглецеві нанотрубки можуть накопичувати високу щільність енергії для живлення датчиків або інших технологій. Дослідники виявили, що скручені вуглецеві нанотрубки можуть накопичувати втричі більше енергії, ніж літій-іонні батареї на одиницю маси, що робить їх ідеальними для легких і безпечних застосувань зберігання енергії, таких як медичні імплантати.
Новаторське дослідження накопичення енергії
Глобальна група вчених, включаючи двох дослідників з Центру передових сенсорних технологій (CAST) Університету штату Меріленд, округ Балтімор (UMBC), продемонструвала, що скручені вуглецеві нанотрубки можуть зберігати в три рази більше енергії на одиницю маси, ніж сучасні літій-іонні нанотрубки. батареї. Цей прорив позиціонує вуглецеві нанотрубки як перспективне рішення для зберігання енергії в легких, компактних і безпечних пристроях, таких як медичні імплантати та датчики. Висновки нещодавно були опубліковані в Nature Nanotechnology .
Дослідження було спільним зусиллям чотирьох установ, очолюваних Шігенорі Уцумі з Наукового університету Сува в Чіно, Японія, Кацумі Канеко з Університету Шіншу в Нагано, Японія, і Санджив Кумар Уджайн з CAST. Кумар Уджайн розпочав проект в Університеті Шіншу та продовжив свою роботу після того, як приєднався до UMBC у 2022 році. Пріті Ахуджа, також з CAST, відіграв ключову роль на етапі дослідження матеріалу.
Інноваційні властивості вуглецевих нанотрубок
Дослідники вивчали одношарові вуглецеві нанотрубки, які схожі на соломинки, зроблені з чистих вуглецевих листів товщиною всього в 1 атом. Вуглецеві нанотрубки легкі, відносно прості у виготовленні та приблизно в 100 разів міцніші за сталь. Їх дивовижні властивості спонукали вчених досліджувати їх потенційне використання в широкому діапазоні футуристичних технологій, включаючи космічні ліфти.
Щоб дослідити потенціал вуглецевих нанотрубок для зберігання енергії, дослідники UMBC та їхні колеги виготовили «мотузки» вуглецевих нанотрубок із пучків комерційно доступних нанотрубок. Витягнувши та скрутивши трубки в одну нитку, дослідники покрили їх різними речовинами, призначеними для збільшення міцності та гнучкості мотузок.
Вражаючі можливості зберігання енергії
Команда перевірила, скільки енергії можуть зберігати мотузки, скрутивши їх і вимірявши енергію, яка виділяється, коли мотузки розмотуються. Вони виявили, що найефективніші мотузки можуть зберігати в 15 000 разів більше енергії на одиницю маси, ніж сталеві пружини, і приблизно втричі більше енергії, ніж літій-іонні батареї. Збережена енергія залишається стабільною та доступною за температур від -76 до +212°F (від -60 до +100°C). Матеріали, з яких виготовлені мотузки з вуглецевих нанотрубок, також безпечніші для людського організму, ніж ті, що використовуються в батареях.
«Люди здавна накопичували енергію в механічних гвинтових пружинах для живлення таких пристроїв, як годинники та іграшки», — каже Кумар Уджайн. «Це дослідження показує, що скручені вуглецеві нанотрубки мають великий потенціал для зберігання механічної енергії, і ми раді поділитися цією новиною зі світом». Він каже, що команда CAST вже працює над використанням скручених вуглецевих нанотрубок як джерела енергії для прототипу датчика, який вони розробляють.
