Hiilinanoputkia ja atomeja energian varastoinnille

Pystysuuntaisesti kohdistetuilla hiilinanoputkilla (VACNT) on poikkeukselliset mekaaniset, sähköiset ja kuljetusominaisuudet kohdistetun arkkitehtuurin lisäksi. Tähän mennessä niiden laajan integroinnin uusiin teknologioihin on estänyt sopivien massatuotantomahdollisuuksien puute.

Lawrence Livermore National Laboratoryn (LLNL) tutkijat ovat kokeilleet Inconel-metallisubstraattia mahdollisuutena integroida VACNT:t joustaviin rakenteisiin, eliminoida siirtovaiheita ja minimoida sähkön tai lämmönsiirron resistanssit CNT:iden ja alustan välisessä rajapinnassa.

Inconel on nikkeli-kromipohjaisten superseosten perhe, jotka ovat hapettumista ja korroosiota kestäviä materiaaleja, jotka toimivat hyvin äärimmäisissä paineissa ja kuumuudessa.

Korkealaatuisten yksiseinäisten hiilinanoputkien (SWCNT) synteesi metallikalvoilla olisi erityisen arvokasta energiaa varastoiville laitteille, kuten litiumioniakuille (LIB).

Erityisesti metallikalvoille kasvatetut VA-SWCNT:t voisivat tarjota sideaineettoman alustan, jolla on vahva adheesio SWCNT:n ja virrankeräimen välillä, parannettu johtavuus ja kohdistetut kanavat nopeaa Li-ion-diffuusiota varten, toteavat tutkijat.

"Tuloksemme viittaavat siihen, että SWCNT:t Inconel-metallilla ovat lupaavia materiaaleja korkean suorituskyvyn sähkökemiallisiin laitteisiin", sanoi LLNL-tutkija Jianchao Ye.

"Korkealaatuisten CNT-materiaalien kasvun siirtyminen perinteisistä piisubstraateista metallikalvoihin avaa oven monitoimisten CNT-komposiittien, nanohuokoisten kalvojen ja sähkökemiallisten laitteiden taloudellisempaan, laajamittaiseen, puolijatkuvaan ja rullalta rullalle valmistukseen", toteaa LLNL:n tutkija Francesco Fornasiero.

Dresdenin teknisen yliopiston tutkijat ovat tarkastelleet lähemmin sinkki-ilma-paristoa. Työssään he ovat kehittäneet uuden katalyytin, jossa käytetään platinan sijasta epäjaloa zirkoniumia ja vieneet ratkaisunsa kohti ennätyksellistä tehotiheyttä.

Käytettyjen metallihiukkasten koko on tärkeä nanorakenteisten katalyyttien toiminnan kannalta: Tutkimuskokemukset osoittavat, että metalliatomien katalyyttinen tehokkuus yleensä kasvaa mitä pienempiä niiden sisältävät metallihiukkaset ovat.

Uusien, vähemmän jaloihin metalleihin perustuvien katalyyttien kehittäminen toteuttamiskelpoisiksi vaihtoehdoiksi onkin ollut viime vuosikymmenien tutkimuksen kohteena.

Tutkijat joutuivat kuitenkin pitämään silmällä yhtä miniatyrisoinnin vaikutusta: hiukkaskoon pieneneminen edistää samojen hiukkasten agglomeroitumista pieniksi haitallisiksi klustereiksi. Sopivan kantajamateriaalin käyttö, joka on vahvasti vuorovaikutuksessa metallin kanssa, estää tämän agglomeroitumisen ja luo stabiileja, hienojakoisia metalliklustereita, joilla on korkea katalyyttinen aktiivisuus.

Tämän seurauksena olemme saavuttaneet ennätyksellisen tehotiheyden kaikkien aiemmin yksiatomikatalyyteillä valmistettujen sinkki-ilma-akkujen joukossa", HZDR:n Agnieszka Kuc raportoi.

Aiheesta aiemmin:

Kasvihuonekaasu CO2 akun komponentiksi

Kahden ionin akut lähemmäksi todellisuutta

Alumiinianodi tarjoaa kestävän vaihtoehdon