Ученые США на наноуровне вернулись к использованию энергии заводных пружин
Исследование, показавшее, что скрученные углеродные нанотрубки могут хранить в три раза больше энергии на единицу массы, чем современные литий-ионные батареи, провела международная группа ученых, в состав которых вошли два исследователя из Центра передовых сенсорных технологий (CAST) Мэрилендского университета округа Балтимор (UMBC), 26 июля сообщил сайт новостей науки EurekAlert со ссылкой на пресс-службу UMBC.
Результаты исследования ученые представили в статье «Гигантская емкость наномеханического накопителя энергии из скрученных однослойных нитей из углеродных нанотрубок», недавно опубликованной в журнале Nature Nanotechnology.
В ней они экспериментально доказали, что скрученные углеродные нанотрубки могут запасать с высокой плотностью механическую энергию, которую можно использовать для питания датчиков или других устройств.
Сделанное ими открытие делает скрученные углеродные нанотрубки перспективным материалом для хранения энергии в устройствах, которые по своим задачам должны быть легкими, компактными и безопасными, например, в медицинских имплантатах и датчиках.
Объектом исследования для научной команды стали однослойные углеродные нанотрубки, изготовленные из листов чистого углерода толщиной всего в 1 атом (графена). Такие нанотрубки очень легкие, но примерно в 100 раз прочнее стали (напомним, прочнейший алмаз — кристалл углерода), а изготовить их относительно просто.
Удивительные свойства углеродных нанотрубок, открытых еще в XX веке, побудили ученых всего мира исследовать возможность их использования в самом широком спектре технологий, в том числе футуристических, например таких, как космические лифты.
Чтобы исследовать возможность использования углеродных нанотрубок для хранения энергии, исследователи UMBC и их коллеги из Японии изготовили скрученную нить из пучков коммерчески доступных нанотрубок. После этого они для повышения прочности и гибкости этой нити покрыли ее специальными веществами — термопластичными полиуретановыми эластомерами.
Полученный образец для проверки того, сколько энергии могут запасать «веревки» из нанотрубок, исследователи скручивали и измеряли энергию, которая высвобождалась при раскручивании. Эксперименты показали, что самые эффективные «веревки» могут хранить в 15 000 раз больше энергии на единицу массы, чем стальные пружины, и примерно в три раза больше энергии, чем литий-ионные батареи.
Запасенная энергия остается постоянной и доступной при температурах от -60 до +100 °C. Материалы таких «веревок» из углеродных нанотрубок более безопасны для человеческого организма, чем используемые в батарейках.
Ведущий исследователь проекта Кумар Уджайн из CAST напомнил: «Люди уже давно используют энергию механических пружин для питания таких устройств, как часы и заводные игрушки. Это исследование показывает, что скрученные углеродные нанотрубки обладают большим потенциалом для хранения механической энергии, и мы рады поделиться этой новостью со всем миром».
Он сообщил, что команда из Центра передовых сенсорных технологий университета уже ведет работу над использованием скрученных углеродных нанотрубок в качестве источника энергии для разрабатываемого ими прототипа датчика.
