Nanorør defekter lige bedre energi og lagringssystemer

(PhysOrg.com) - De fleste mennesker vil gerne kunne oplade deres mobiltelefoner og anden personlig elektronik hurtigt og ikke for ofte. En nylig opdagelse foretaget af UC San Diego ingeniører kan føre til carbon nanorørbaserede superkapacitorer, der kunne gøre netop dette.

I nyere forskning har udgivet i Anvendt fysik bogstaver , Prabhakar Bandaru, professor i UCSD Institut for Mekanisk og Rumfartsteknik, sammen med kandidatstuderende Mark Hoefer, har fundet ud af, at kunstigt introducerede defekter i nanorør kan hjælpe udviklingen af ​​superkapacitorer.

"Selvom batterier har stor lagerkapacitet, de tager lang tid at oplade; mens elektrostatiske kondensatorer kan oplades hurtigt, men typisk har begrænset kapacitet. Imidlertid, superkapacitorer/elektrokemiske kondensatorer inkorporerer fordelene ved begge, "Sagde Bandaru.

Carbon nanorør (CNT'er) er generelt blevet hyldet som et af undermaterialerne i det 21. århundrede og er blevet bredt anerkendt som indledningen til nanoteknologisk revolution. De er cylindriske strukturer, med diametre på 1 til 100 nanometer, der er foreslået at have enestående strukturel, kemisk, og elektrisk, egenskaber baseret på deres atomisk perfekte strukturer med et stort forhold mellem overfladeareal og volumen. Imidlertid, mangler er uundgåelige i en sådan praktisk struktur, et aspekt, der først blev undersøgt af UCSD ingeniørstuderende Jeff Nichols og derefter væsentligt udvidet af Hoefer i Bandarus laboratorium.

"Vi indså først, at defekte CNT'er kunne bruges til energilagring, da vi undersøgte deres anvendelse som elektroder til kemiske sensorer, "Under vores første test bemærkede vi, at Hoefer sagde, at vi var i stand til at oprette ladede defekter, der kunne bruges til at øge CNT -opbevaringskapaciteter."

Specifikt, defekter på nanorør skaber yderligere ladningssteder, der forbedrer den lagrede ladning. Forskerne har også opdaget metoder, der kan øge eller reducere ladningen forbundet med defekterne ved at bombardere CNT'erne med argon eller hydrogen.

"Det er vigtigt at kontrollere denne proces omhyggeligt, da for mange defekter kan forringe den elektriske ledningsevne, hvilket er grunden til brugen af ​​CNT i første omgang. God ledningsevne hjælper med effektiv ladningstransport og øger effekttætheden af ​​disse enheder, "Tilføjede Bandaru.

"Allerede i starten det er interessant, at CNT'er, som nominelt betragtes som perfekte, kunne være nyttig med så mange indbyggede defekter, " han tilføjede.

Forskerne mener, at energitætheden og effekttætheden opnået gennem deres arbejde kan være praktisk talt højere end eksisterende kondensatorkonfigurationer, der lider af problemer forbundet med dårlig pålidelighed, koste, og dårlige elektriske egenskaber.

Bandaru og Hoefer håber, at deres forskning kan få store konsekvenser inden for energilagring, et relevant emne i dag. "Vi håber, at vores forskning vil fremkalde fremtidig interesse for at bruge CNT'er som elektroder i ladelagringsenheder med større energi- og effekttætheder, "Sagde Hoefer.

Selvom der stadig skal foretages mere forskning for at finde ud af potentielle anvendelser fra denne opdagelse, ingeniørerne foreslår, at denne forskning kan føre til en lang række kommercielle applikationer, og håber, at flere forskere og ingeniører bliver tvunget til at arbejde på dette område, Sagde Bandaru.

I mellemtiden, Hoefer sagde, at denne type forskning vil hjælpe brændstof til hans fremtidige ingeniørkarriere.

"Det er bemærkelsesværdigt, hvordan nuværende værktøjer og enheder bliver mere effektive og endnu mindre på grund af opdagelser foretaget på nanoskalaen, "sagde han." Min tid brugt på at undersøge CNT'er og deres potentielle anvendelser på Jacobs -skolen vil forberede mig på min karriere, siden fremtidig forskning vil fortsætte tendensen til miniaturisering og samtidig øge effektiviteten. "

Mere information: "Bestemmelse og forbedring af kapacitansbidragene i carbon nanorørbaserede elektrodesystemer, ”Anvendte fysikbreve. M. Hoefer og P.R. Bandaru.

Kilde:University of California - San Diego (nyheder:web)