دانشمندان آزمایشگاه ملی لاورنس لیورمور آمریکا نانولولههای کربنی تک جدارهای عمودی بر روی فویلهای فلزی ایجاد کردهاند که میتواند برای ذخیره انرژی در صنعت الکترونیک مفید باشد.
به گزارش تکناک، نانولولههای کربنی که به صورت عمودی تراز شده اند (VACNT) علاوه بر معماری همتراز، خواص مکانیکی، الکتریکی و حملونقل استثنایی دارند که برای کاربردهایی مانند جداسازی غشا، مدیریت حرارتی، چرخش فیبر، اتصالات الکترونیکی و ذخیرهسازی انرژی کلیدی است.
تا به امروز، ادغام گسترده VACNT ها در فناوری های نسل بعدی به دلیل فقدان قابلیت های سازگاری، اقتصادی نبودن و عدم تولید انبوه خنثی شده است. VACNT های با کیفیت بالا معمولاً بر روی بسترهایی مانند ویفرهای سیلیکونی (Si) یا کوارتز که سفت، گران قیمت و عایق الکتریکی هستند ساخته می شوند.
پس از بررسی گزینههای فویل فلزی در متون علمی، تیم LLNL به زیرلایههای فلزی اینکویل روی آورد که به آنها اجازه میدهد VACNTها را در دستگاههای انعطافپذیر ادغام کنند و مرحله انتقال از Si به سایر بسترها را حذف کنند و در ادامه مقاومتهای انتقال الکتریکی یا حرارتی را در حدفاصل بین CNT و بستر به حداقل برسانند. که برای کاربردهای الکترونیکی و ذخیره انرژی حیاتی است. اینکونل خانواده ای از سوپرآلیاژهای مبتنی بر نیکل کروم است که در برابر اکسیداسیون و خوردگی مقاوم هستند و برای استفاده در محیط های تحت فشار و گرمای شدید مناسب هستند.
فرانچسکو یکی از نویسندگان این مطالعه گفت: رشد انتقال نانولوله های کربنی با کیفیت بالا از بسترهای سنتی Si به فویل های فلزی، راه را برای تولید مقرون به صرفه تر، در مقیاس بزرگ تر، و به صورت نیمه پیوسته و رول به رول کامپوزیت های چند منظوره CNT، غشاهای نانومتخلخل و دستگاه های الکتروشیمیایی باز می کند.
سنتز CNT های تک جداره با کیفیت بالا (SWCNTs) روی فویل های فلزی به ویژه برای دستگاه های ذخیره انرژی، مانند باتری های لیتیوم یون (LIB) ارزشمند است. زیرا مواد گرافیتی که آندهای متداول LIB هستند، پاسخگوی نیازهای روز افزون ذخیره انرژی نمی باشند.
واندربرگ، دانشمند LLNL و نویسنده اصلی مقاله، گفت: مساحت سطح بالا و رسانایی الکترونیکی استثنایی نانولولههای کربنی، آنها را به عنوان کاندیدهای اصلی برای کاربردهای الکتروشیمیایی با ظرفیت بالا و با نرخ بالا تبدیل میکند. به طور خاص، VA-SWCNT رشد یافته روی فویل های فلزی می توانند یک پلتفرم بدون نیاز به چسب با چسبندگی قوی بین SWCNT و کلکتور جریان، ایجاد کند که باعث افزایش رسانایی شود و کانال های هم تراز برای انتشار سریع یون لیتیوم تشکیل دهد.
تیم LLNL حجم انبوهی از SWCNT که به صورت عمودی تراز شده اند را روی فلز اینکویل برای استفاده به عنوان آند LIB به کار بردند. اعضای تیم ویژگیهای ساختاری تقریباً ثابتی از دسته های CNT که در طیف گستردهای از شرایط سنتز و برای چندین بستر فلزی آزمایش شده بود یافتند. آند ساخته شده VA-SWCNT حتی در در چرخه های فراوان و ظرفیت های بالا عملکرد پایدار و ثابتی از خود نشان دادند.
واندربرگ نتیجه گیری کرد: یافته های ما نشان می دهد که اSWCNT ها روی فلز اینکول مواد امیدوارکننده ای برای دستگاه های الکتروشیمیایی با کارایی بالا هستند.
