211service.com
Baterie wykonane ze zwykłego papieru
Zwykły papier można przekształcić w elektrodę akumulatorową, po prostu zanurzając go w atramentach z nanorurek węglowych. Powstałe w ten sposób elektrody, które są mocne, elastyczne i wysoce przewodzące, mogą zostać wykorzystane do wytwarzania tanich urządzeń do magazynowania energii do zasilania przenośnej elektroniki.
Atrament nanorurek: Ten kawałek papieru biurowego został pomalowany czarnym tuszem z nanorurek węglowych.
Teraz możliwe jest drukowanie lekkich obwodów i ekranów dla elektroniki, takich jak e-czytniki, ale konwencjonalne baterie nadal obciążają te urządzenia. Nanorurki węglowe są obiecującym materiałem do drukowania baterii, ponieważ oprócz swojej wytrzymałości, lekkości i przewodności mogą przechowywać duże ilości energii – jakość, która pomaga przenośnej elektronice pracować dłużej między ładowaniami.
Teraz grupa naukowców z Uniwersytetu Stanforda, kierowana przez profesora materiałoznawstwa Yi Cui wykazali, że zwykły papier biurowy wchłania nanorurki węglowe jak gąbka i może zostać przekształcony w elektrody do baterii i superkondensatorów. Zaletą papieru, mówi Cui, jest to, że jest tani i silnie oddziałuje z nanorurek bez konieczności dodawania dodatków do atramentu. Wykorzystujemy porowatą strukturę papieru – mówi Cui. Nanorurki węglowe wchłaniają się w papier i bardzo mocno przylegają.
Po zanurzeniu papieru w tuszu z nanorurek i wysuszeniu na powietrzu staje się wysoce przewodzący. Grupa ze Stanford przetestowała cienkie warstwy jako elektrody w superkondensatorach i odkryła, że mogą one magazynować więcej całkowitej energii i działać przy wyższych prądach niż poprzednie drukowane urządzenia z nanorurek. Joel Schindall , profesor elektrotechniki i informatyki na MIT, mówi, że papierowe superkondensatory przechowują zaskakująco dużą ilość ładunku. Grupa ze Stanford przetestowała również elektrody papierowe jako kolektory prądu w akumulatorach litowo-jonowych. Ich wydajność odpowiadała metalowym kolektorom prądu stosowanym w tych bateriach, mimo że metalowe kolektory są znacznie cięższe. Ta praca jest opisana w tym tygodniu w Materiały Narodowej Akademii Nauk .
Inne grupy pracowały nad wykorzystaniem papieru jako podłoża do wytwarzania elektrod. Jednak poprzednie próby zbudowania nanorurek na papierze były znacznie bardziej skomplikowane, mówi Cui, i wymagały hodowania nanorurek na papierze lub zastosowania nowatorskich receptur papieru jako punktu wyjścia. Metoda maczania jest prosta i przyjemna, mówi Mikołaj Kotow , profesor inżynierii chemicznej na Uniwersytecie Michigan.
Elektroda papierowa: Nanorurki wchłaniają się w papier i silnie wiążą się z włóknami celulozowymi, jak pokazano na tej mikrografii ze skaningowego elektronu.
Cui twierdzi, że elektrody papierowo-nanorurkowe są wytrzymałe. Chociaż nieoczyszczony papier rozpuszcza się w wodzie, papier z nanorurek nie rozpuszcza się, a nanorurki nie odklejają się, gdy są porysowane lub zwinięte. Superkondensator był testowany przez 40 000 cykli ładowania przez sześć miesięcy i nadal działa, mówi Cui.
Naukowcy ze Stanford pracują obecnie nad poprawą wydajności swoich urządzeń i testują różne metody drukowania i materiały. Do tej pory Cui wykorzystywał atrament składający się z mieszaniny nanorurek półprzewodnikowych i metalicznych. Atramenty czysto metaliczne prawdopodobnie działałyby lepiej, ale są droższe. Grupa eksperymentuje również z różnymi sposobami łączenia ze sobą nanorurek i papieru, w tym malowania tuszem pisakiem lub pędzlem, aby tworzyć złożone wzory.