Uvrnute ugljenične nanocevčice sadrže tri puta više energije od litijumskih baterija

Saradnja istraživača iz Japana i SAD-a pokazala je da isprepletane i uvrnute ugljenične nanocevčice mogu sadržati i do tri puta više energije od standardnih litijum-jonskih baterija. Ovo istraživanje moglo bi otvoriti put za nove implantate i senzore koji su lagani, kompaktni i što je najvažnije, potpuno bezbedni.

Ugljenične nanocevčice su strukture veličine nanometra, obično napravljene od jednog sloja ugljeničnih atoma. Takođe poznate kao grafen, ove ugljenične ploče su izuzetno lagane, a jače od samog čelika. Superiorna svojstva ovog materijala pomogla su naučnicima da ga koriste za nekoliko futurističkih aplikacija.

Kao istraživač na Univerzitetu Shinšu u Japanu, Sanđiv Kumar Ujjain želeo je da zna mogu li se ugljenične nanocevčice koristiti za čuvanje i skladištenje energije. Pre par godina se preselio iz Japana na Univerzitet Merilend u Baltimoru, gde je nastavio svoje istraživanje i otkrio da uvrtanje i preplitanje ugljeničnih nanocevčica, poboljšava njihovu efikasnost skladištenja energije.

Inspiracija pronađena u mehaničkim oprugama

Dugo pre nego što su jednokratne baterije počele za pokretanje i napajanje dečijih igrački, čuvene mehaničke opruge su bile sveprisutno rešenje. U pitanju je jednostavno inženjersko dostignuće, opruga se mogla naviti ključem i tako sačuvala mehaničku energiju kao potencijalnu energiju i kasnije je otpustila da bi omogućila kretanje točkova na igrački.

Smanjena verzija mehaničke opruge takođe je pokretala ručne satove iz prošlosti koji su se navijali i često pokazivali netačno vreme, u situacijama kada bi opruga gubila potencijalnu energiju.

Ujjain je bio zainteresovan da testira može li ovaj sistem funkcionisati na još manjim stvarima i nanoskopske ugljenične nanocevčice bile su idealan materijal za testiranje njegovog rada. Njegov tim u Centru za napredne tehnologije senzora (CAST) vezao je komercijalno dostupne ugljenične nanocevčice u užad i zatim ih uvrtao u jednu nit, koja je dodatno premazana različitim supstancama radi poboljšanja čvrstoće i fleksibilnosti.

Merenje performansi

Da bi odredili koliko energije bi se oslobodilo kada bi ova specifična užad bile uvijena i kasnije odmotana, tim je sproveo nekoliko eksperimenata i uporedio rezultate sa više materijala. Istraživači su otkrili da njihove uvrnute ugljenične nanocevčice mogu sadržati 15.000 puta više energije po jedinici mase, nego čelične opruge. Dok je ovo pohvalno, istraživači su znali da im je najveći konkurent litijum-jonska baterija, uređaj sa najvećom gustinom energije ikada napravljen.

U svojoj studiji, istraživači su uspeli da demonstriraju gustinu skladištenja energije tri puta veću od standardne litijum-jonske baterije. Za razliku od promenljivih performansi koje litijum-jonske baterije isporučuju pri različitim radnim temperaturama, uvrnute ugljenične nanocevčice su pokazale konzistentnost u skladištenju energije kroz širok temperaturni opseg od -60 stepeni Celzijusa do 100 stepeni Celzijusa).

Pošto je tehnologija više mehanička u svom pristupu nego elektrohemijska, takođe je mnogo sigurnija za uređaje kao što su implantati. Prema istraživaču, naučnici su ranije tražili alternativne načine za napajanje implantata osim baterija.

Ujjain i njegov tim su još uvek daleko od komercijalne primene svoje tehnologije u implantima. Tim trenutno radi na prototipu senzora kako bi testirao uvrnute ugljenične nanocevčice kao izvor energije.

“Ovo istraživanje pokazuje da uvrnute ugljenične nanocevčice imaju veliki potencijal za mehaničko skladištenje energije i uzbuđeni smo što možemo da podelimo ove vesti sa svetom,” rekao je Ujjain u izjavi.

Rezultati istraživanja su objavljeni u časopisu Nature Nanotechnology, a prenosi Interesting Engeneering.