Międzynarodowy zespół naukowców, w tym dwóch badaczy, którzy obecnie pracują w Center for Advanced Sensor Technology (CAST) na UMBC, wykazał, że skręcone nanorurki węglowe mogą magazynować trzy razy więcej energii na jednostkę masy niż zaawansowane baterie litowo-jonowe. Odkrycie może uczynić nanorurki węglowe obiecującym rozwiązaniem do magazynowania energii w urządzeniach, które muszą być lekkie, kompaktowe i bezpieczne, takich jak implanty medyczne i czujniki. Badania zostały niedawno opublikowane w czasopiśmie Nanotechnologia w przyrodzie.
Sanjeev Kumar Ujjain z CAST był głównym badaczem w tej pracy. Rozpoczął projekt na Uniwersytecie Shinshu w Nagano w Japonii i kontynuował go po przybyciu do UMBC w 2022 r. Preety Ahuja z CAST również przyczyniła się do aspektów charakteryzacji materiałów w badaniu.
Naukowcy badali jednościenne nanorurki węglowe, które są jak słomki wykonane z czystych arkuszy węglowych o grubości zaledwie 1 atomu. Nanorurki węglowe są lekkie, stosunkowo łatwe w produkcji i około 100 razy mocniejsze od stali. Ich niesamowite właściwości skłoniły naukowców do zbadania ich potencjalnego zastosowania w szerokiej gamie futurystycznie brzmiących technologii, w tym wind kosmicznych.
Aby zbadać potencjał nanorurek węglowych do magazynowania energii, naukowcy z UMBC i ich współpracownicy wyprodukowali „liny” z nanorurek węglowych z wiązek dostępnych komercyjnie nanorurek. Po rozciągnięciu i skręceniu rurek w jedną nitkę, naukowcy pokryli je różnymi substancjami mającymi na celu zwiększenie wytrzymałości i elastyczności lin.
Zespół przetestował, ile energii mogą zmagazynować liny, skręcając je i mierząc energię uwalnianą podczas rozwijania. Odkryli, że najlepiej działające liny mogą zmagazynować 15 000 razy więcej energii na jednostkę masy niż sprężyny stalowe i około trzy razy więcej energii niż baterie litowo-jonowe. Zmagazynowana energia pozostaje stała i dostępna w temperaturach od -76 do +212 °F (od -60 do +100 °C). Materiały w linach z nanorurek węglowych są również bezpieczniejsze dla ludzkiego ciała niż te stosowane w bateriach.
„Ludzie od dawna gromadzą energię w mechanicznych sprężynach śrubowych, aby zasilać urządzenia takie jak zegarki i zabawki” — mówi Kumar Ujjain. „Te badania pokazują, że skręcone nanorurki węglowe mają duży potencjał do magazynowania energii mechanicznej i z radością dzielimy się tą nowiną ze światem”. Mówi, że zespół CAST już pracuje nad włączeniem skręconych nanorurek węglowych jako źródła energii do prototypowego czujnika, który opracowują.
