扭曲的碳纳米管可以实现比先进锂离子电池更好的储能

一个国际科学家团队，包括目前在UMBC高级传感器技术中心（CAST）工作的两名研究人员，已经证明扭曲的碳纳米管每单位质量可以储存的能量是先进锂离子电池的三倍。这一发现可能会推动碳纳米管成为一种有前景的解决方案，用于在需要轻便、紧凑和安全的设备中储存能量，如医疗植入物和传感器。这项研究最近发表在《自然纳米技术》杂志上

来自CAST的Sanjeev Kumar Ujjain是这项工作的首席研究员。他在日本长野信州大学开始了这个项目，并在2022年抵达UMBC后继续进行。来自CAST的Preety Ahuja也为该研究的材料表征方面做出了贡献

研究人员研究了单壁碳纳米管，它就像由只有1个原子厚的纯碳片制成的吸管。碳纳米管重量轻，相对容易制造，比钢强约100倍。它们惊人的特性使科学家们探索了它们在包括太空电梯在内的各种未来声音技术中的潜在用途

为了研究碳纳米管储存能量的潜力，UMBC的研究人员和他们的同事用商业上可用的纳米管束制造了碳纳米管“绳”。在将管子拉成单线并扭转后，研究人员用不同的物质涂覆它们，以增加绳索的强度和灵活性

研究小组通过扭转绳索并测量绳索解开时释放的能量来测试绳索可以储存多少能量。他们发现，性能最好的绳索每单位质量可以储存的能量是钢弹簧的15000倍，大约是锂离子电池的三倍

在-76至+212°F（-60至+100°C）的温度范围内，储存的能量保持一致且可访问。碳纳米管绳索中的材料对人体也比电池中使用的材料更安全

库马尔·乌贾因说：“人类长期以来一直将能量储存在机械螺旋弹簧中，为手表和玩具等设备供电。”。“这项研究表明，扭曲的碳纳米管在机械储能方面具有巨大的潜力，我们很高兴与世界分享这一消息。”他说，CAST团队已经在努力将扭曲的碳纳米管作为他们正在开发的原型传感器的能源 More information: Shigenori Utsumi et al, Giant nanomechanical energy storage capacity in twisted single-walled carbon nanotube ropes, Nature Nanotechnology (2024). DOI: 10.1038/s41565-024-01645-x

Journal information: Nature Nanotechnology