Neue Forschungsergebnisse zeigen, dass verdrehte Kohlenstoffnanoröhren hohe Energiedichten speichern können, um Sensoren oder andere Technologien mit Strom zu versorgen. Forscher haben herausgefunden, dass verdrillte Kohlenstoffnanoröhren dreimal so viel Energie pro Masseneinheit speichern können wie eine Lithium-Ionen-Batterie, was sie ideal für leichte und sichere Energiespeicheranwendungen wie medizinische Implantate macht.
Ein globales Wissenschaftlerteam, darunter zwei Forscher vom Center for Advanced Sensor Technology (CAST) an der University of Maryland, Baltimore County (UMBC), hat gezeigt, dass verdrehte Kohlenstoffnanoröhren dreimal mehr Energie pro Masseneinheit speichern können als moderne Lithium-Ionen-Batterien. Dieser Durchbruch positioniert Kohlenstoffnanoröhren als leichte, kompakte und sichere Energiespeicherlösungen wie medizinische Implantate und Sensoren. Die Forschungsergebnisse wurden kürzlich in Nature Nanotechnology veröffentlicht.
Diese Forschung wurde in Zusammenarbeit mit vier Institutionen unter der Leitung von Shigenori Utsumi von der Suwa University of Science in Chino, Japan, Katsumi Kaneko von der Shinshu University in Nagano, Japan, und Sanjeev Kumar Ujjain von der University of Science and Technology of China durchgeführt. KumarUjjain startete das Projekt an der Shinshu-Universität und wird seine Arbeit nach seinem Eintritt bei UMBC im Jahr 2022 fortsetzen. Preety Ahuja, ebenfalls von der China Association for Science and Technology, spielte eine Schlüsselrolle in der Materialcharakterisierungsphase der Studie.
Die Forscher untersuchten einwandige Kohlenstoff-Nanoröhrchen, die wie Strohhalme aussehen und aus Schichten aus reinem Kohlenstoff mit einer Dicke von nur einem Atom bestehen. Kohlenstoffnanoröhren sind leicht, relativ einfach herzustellen und 100-mal stärker als Stahl. Diese erstaunlichen Eigenschaften haben Wissenschaftler dazu veranlasst, ihren möglichen Einsatz in einer Vielzahl futuristisch anmutender Technologien zu untersuchen, darunter auch Weltraumaufzüge.
Um das Potenzial von Kohlenstoffnanoröhren zur Energiespeicherung zu untersuchen, stellten UMBC-Forscher und Kollegen Kohlenstoffnanoröhren-„Seile“ aus Bündeln kommerziell erhältlicher Kohlenstoffnanoröhren her. Nachdem sie die Kohlenstoffnanoröhren zu einer Linie gedreht hatten, beschichteten die Forscher die Oberfläche mit verschiedenen Substanzen, um die Festigkeit und Flexibilität des Kohlenstoffnanoröhrenseils zu erhöhen.
Das Team testete, wie viel Energie das Seil speichern kann, indem es das Seil verdrehte und die Energie maß, die beim Loslassen des Seils freigesetzt wurde. Sie fanden heraus, dass die leistungsstärksten Seile 15.000-mal mehr Energie pro Masseneinheit speichern können als Stahlfedern und dreimal mehr als Lithium-Ionen-Batterien. Die gespeicherte Energie bleibt über einen Temperaturbereich von -76 bis +212 °F (-60 bis +100 °C) stabil und verfügbar. Die Materialien in Kohlenstoffnanoröhrenseilen sind außerdem sicherer für den menschlichen Körper als die in Batterien verwendeten.
„Menschen speichern seit langem Energie in mechanischen Schraubenfedern, um Geräte wie Uhren und Spielzeug anzutreiben“, sagte Kumar Ujjain. „Diese Forschung zeigt, dass verdrehte Kohlenstoffnanoröhren ein großes Potenzial für die mechanische Energiespeicherung haben, und wir freuen uns, diese Neuigkeiten mit der Welt zu teilen.“
Das CAST-Team arbeitet bereits daran, verdrillte Kohlenstoffnanoröhren als Energiequelle für die von ihnen entwickelten Sensorprototypen zu nutzen.
Zusammengestellt von /ScitechDaily