Люди чаще задумываются о «чистой энергии» и углеродные нанотрубки могут стать прорывом в этом направлении.
Они могут накапливать в 15 000 раз больше энергии, чем стальные пружины, и в три раза больше энергии, чем литий.
- Литий-ионный аккумулятор является лидером в области портативных источников энергии, но многие конкурирующие идеи, которые дешевле и эффективнее, стремятся лишить его привилегированного положения.
- Одна из таких идей — углеродные нанотрубки, удивительный материал, который прочнее стали и в три раза эффективнее накапливает энергию на единицу массы, чем литий.
По мнению исследователей, участвовавших в новом исследовании, это может сделать нити из скрученных одностенных углеродных нанотрубок особенно привлекательными для медицинских устройств, поскольку эти нити могут накапливать энергию от движений тела.
Бо́льшая часть технологической индустрии — будь то производство смартфонов, накопителей возобновляемой энергии или электромобилей — в значительной степени обязана своим существованием созданию литий-ионных аккумуляторов. Без них современная информационная эпоха была бы сильно ограничена в своей способности быть мобильной и хранить внушительное количество энергии. Но, как и в случае со всеми технологиями, то, что когда-то было передовым, со временем устаревает. И литий-ионные аккумуляторы постепенно переходят в эту категорию.
Конечно, литий-ионные аккумуляторы по-прежнему очень важны — литий даже часто называют «белым золотом», — но учёные понимают, что, если мы хотим осуществить наши мечты о «чистой энергии», нам, вероятно, понадобится какая-то замена. Литий-ионные аккумуляторы плохо работают при экстремальных температурах и имеют ненулевую вероятность взрыва, а добыча лития имеет разрушительные последствия для окружающей среды и здоровья человека.
Эти и другие подобные проблемы побудили экспертов предложить такие решения, как железо-воздушные батареи, протонные батареи и натриевые батареи в качестве возможных замен (или дополнений) для повсеместного использования человечеством лития. Теперь в дело вступает новая батарея — углеродные нанотрубки. Новое исследование международной группы ученых показало, что скрученные спирали углеродных нанотрубок — каждая нить которых имеет толщину всего в один атом (также известные как однослойные) — могут хранить в 15 000 раз больше энергии, чем стальные пружины, и в три раза больше энергии на единицу массы, чем литий. Авторы опубликовали результаты своих исследований в журнале Nature Nanotechnology.
Чтобы создать эти спирали из нанотрубок, исследователи сначала изготовили нити из коммерчески доступных материалов. К счастью для нас, углеродные нанотрубки относительно просты в изготовлении, и они в 100 раз прочнее стали. После того, как эти атомные нити были созданы, исследователи сплели их в «канат» и покрыли этот канат рядом веществ, чтобы увеличить его прочность и гибкость. По сравнению с литием, эти углеродные нанотрубки также более устойчивы к экстремальным температурам и могут работать от -76°F (-60°C) до 212°F (100°C).
Хотя углеродные нанотрубки вряд ли в ближайшее время станут источником питания для смартфонов, исследователи полагают, что эта технология может стать прорывом в области медицинских имплантатов, поскольку батареи смогут собирать энергию из движений тела для питания носимых устройств и имплантатов.
“Люди долгое время накапливали энергию в механических спиральных пружинах для питания таких устройств, как часы и игрушки”, - сказал в заявлении для прессы соавтор исследования из Университета Мэриленда в округе Балтимор. “Это исследование показывает, что скрученные углеродные нанотрубки обладают большим потенциалом для накопления механической энергии”.