2009年11月22日
大多数人都希望能够快速给手机和其他个人电子产品充电，而不是太频繁。最近的一项发现加州大学圣地亚哥分校工程师们可以研制出这种基于碳纳米管的超级电容器。
碳纳米管可以作为超级电容器电极，增强电荷和能量存储能力(插图:单个碳纳米管的放大视图)。来源:加州大学圣地亚哥分校
在最近发表在《应用物理快报》上的一项研究中，加州大学圣地亚哥分校机械与航空航天工程系的普拉巴卡·班达鲁教授和研究生马克·霍费尔发现，人为地在纳米管中引入缺陷有助于超级电容器的发展。
“虽然电池的存储容量很大，但它们需要很长时间充电;而静电电容器可以快速充电，但通常容量有限。然而，超级电容器/电化学电容器结合了两者的优点，”Bandaru说。
碳纳米管(CNTs)被普遍誉为21世纪的神奇材料之一，并被广泛认为是纳米技术革命的开端。欧洲杯足球竞彩它们是直径为1到100纳米的圆柱形结构，人们认为它们具有突出的结构、化学和电学特征，基于它们具有较大的表面积体积比的原子完美结构。然而，在这样一个实际的结构中，缺陷是不可避免的，UCSD工程研究生Jeff Nichols首先研究了这一点，然后Hoefer在Bandaru的实验室进行了实质性的扩展。
Hoefer说:“当我们研究有缺陷的碳纳米管用作化学传感器电极时，我们第一次意识到它可以用于能量存储。”“在最初的测试中，我们注意到，我们能够制造带电缺陷，可以用来提高碳纳米管电荷存储能力。”
具体来说，纳米管上的缺陷会产生额外的电荷位点，增强储存电荷。研究人员还发现了通过氩或氢轰击碳纳米管来增加或减少与缺陷相关的电荷的方法。
“仔细控制这一过程非常重要，因为太多的缺陷会降低导电性，这是首先使用CNTs的原因。良好的导电性有助于有效的电荷传输，并增加这些设备的功率密度，”Bandaru补充道。
他补充说:“首先，有趣的是，名义上被认为是完美的碳纳米管，在合并了这么多缺陷后可能会有用。”
研究人员认为，通过他们的工作获得的能量密度和功率密度实际上可能高于现有的电容器配置，这些配置存在与可靠性差、成本低和电气特性差相关的问题。
Bandaru和Hoefer希望他们的研究能够在能源储存领域产生重大影响，这是当今的一个相关话题。Hoefer说:“我们希望我们的研究将激发未来对利用碳纳米管作为更大能量和功率密度的电荷存储设备的电极的兴趣。”
班达鲁说，虽然还需要进行更多的研究来找出这一发现的潜在应用，但工程师们表示，这项研究可能会带来广泛的商业应用，并希望更多的科学家和工程师将被迫在这一领域工作。
与此同时，霍费尔说，这类研究将有助于推动他未来的工程生涯。
他说:“由于在纳米尺度上的发现，目前的工具和设备变得越来越高效，而且越来越小，这是值得注意的。”“我在雅各布斯学院研究碳纳米管及其潜在用途的时间将为我的职业生涯做准备，因为未来的研究将继续小型化的趋势，同时提高效率。”