Diamanter skinner i energilagringsløsning

Dr. Haifei Zhan, fra QUT Center for Materials Science, og hans kolleger har med succes modelleret de mekaniske energilagrings- og frigivelsesevner i et diamant nanotråd (DNT) bundt - en samling af ultratynde endimensionelle carbontråde, der lagrer energi, når de er snoet eller strakt.

"I lighed med en komprimeret spole eller børns oprulningslegetøj, energi kan frigives, når det snoede bundt trævler ud, " sagde Dr. Zhan.

"Hvis du kan lave et system til at styre den strøm, der leveres af nanotrådbundtet, ville det være en sikrere og mere stabil energilagringsløsning til mange applikationer."

Den nye kulstofstruktur kan være en potentiel strømforsyning i mikroskala til alt fra implanterede biomedicinske sensorsystemer, der overvåger hjerte- og hjernefunktioner, til små robotter og elektronik.

"I modsætning til kemisk opbevaring såsom lithium-ion-batterier, som bruger elektrokemiske reaktioner til at lagre og frigive energi, et mekanisk energisystem i sig selv ville have meget lavere risiko i sammenligning, " sagde Dr. Zhan.

"Ved høje temperaturer kan kemiske opbevaringssystemer eksplodere eller blive ikke-reagerende ved lave temperaturer. Disse kan også lække ved fejl, forårsager kemisk forurening.

"Mekaniske energilagringssystemer har ikke disse risici, så gør dem mere egnede til potentielle anvendelser i den menneskelige krop.

"Carbon nanotråd bundter kunne laves til snoet garn-baserede kunstige muskler, der reagerer på elektriske, kemiske eller fotoniske excitationer.

"Tidligere forskning har vist, at en sådan struktur lavet med kulstof nanorør kunne løfte 50, 000 gange sin egen vægt."

Dr. Zhans team fandt ud af, at nanotrådbundtets energitæthed - hvor meget energi den kunne lagre for sin masse - var 1,76 MJ pr. som var 4-5 ordrer højere end en konventionel stålfjeder, og op til tre gange sammenlignet med Li-ion-batterier.

"Energitætte materialer er meget vigtige for mange applikationer, derfor er vi altid på udkig efter letvægtsmaterialer, der stadig yder godt.

"Fordelene for rumfartsapplikationer er indlysende. Hvis vi kan reducere vægten af ​​et system, vi kan reducere dets brændstofbehov og omkostninger markant."

Anvendelsen af ​​carbon nanotrådbundter som en energikilde kan være uendelig, ifølge Dr. Zhan.

"Nanotrådsbundterne kunne bruges i næste generations krafttransmissionslinjer, rumfartselektronik, og feltemission, batterier, intelligente tekstiler og strukturelle kompositter såsom byggematerialer.

Forskningsresultater blev offentliggjort af Naturkommunikation i papiret:"Mekanisk energiopbevaring med ultrahøj massefylde med kulstof nanotrådsbundt, " og danner grundlaget for Dr. Zhans ARC Discovery-projekt - "A Novel Multilevel Modeling Framework to Design Diamond Nanothread Bundles."

Dr. Zhan og hans team planlægger nu produktion af et eksperimentelt mekanisk energisystem i nanoskala som bevis på konceptet.

Dr. Zhan sagde, at forskerholdet ville bruge de næste to til tre år på at opbygge kontrolmekanismen for systemet til at lagre energi - systemet, som styrer vridning og strækning af nanotrådbundtet.