211service.com
Batterier lavet af almindeligt papir
Almindelig papir kan omdannes til en batterielektrode blot ved at dyppe det i kulstof-nanorør blæk. De resulterende elektroder, som er stærke, fleksible og meget ledende, kan bruges til at lave billige energilagringsenheder til at drive bærbar elektronik.
Nanorør blæk: Dette stykke kontorpapir er blevet malet med sort kulstof nanorør blæk.
Det er nu muligt at printe lette kredsløb og skærme til elektronik som e-læsere, men konventionelle batterier tynger stadig disse enheder. Carbon nanorør er et lovende materiale til udskrivning af batterier, fordi de ud over deres styrke, lette vægt og ledningsevne kan lagre en stor mængde energi - en kvalitet, der hjælper bærbar elektronik med at køre længere mellem opladninger.
Nu er en gruppe forskere fra Stanford University, ledet af professor i materialevidenskab Yi Cui , har demonstreret, at almindeligt kontorpapir opsuger kulstofnanorør som en svamp og kan omdannes til elektroder til batterier og superkondensatorer. Fordelen ved papir, siger Cui, er, at det er billigt og interagerer stærkt med nanorør uden behov for at putte tilsætningsstoffer i blækket. Vi udnytter papirets porøse struktur, siger Cui. Carbon nanorør suger ind i papiret og klæber rigtigt fast.
Efter at papir er dyppet i nanorørsblæk og lufttørret, bliver det meget ledende. Stanford-gruppen testede de tynde film som elektroder i superkondensatorer og fandt ud af, at de kunne lagre mere total energi og fungere ved højere strømme end tidligere trykte nanorørenheder. Joel schindall , professor i elektroteknik og datalogi ved MIT, siger, at papirsuperkondensatorerne opbevarer en overraskende høj mængde ladning. Stanford-gruppen testede også papirelektroderne som strømaftagere i lithium-ion-batterier. Deres ydeevne matchede de metalstrømaftagere, der bruges i disse batterier, selvom metalsamlerne er meget tungere. Dette arbejde er beskrevet i denne uge i Proceedings of the National Academy of Sciences .
Andre grupper har arbejdet med at bruge papir som substrat til fremstilling af elektroder. Men tidligere forsøg på at bygge nanorør-enheder på papir var meget mere komplicerede, siger Cui, og krævede at dyrke nanorørene på papiret eller bruge nye papirformuleringer som udgangspunkt. Dyppemetoden er enkel og fin, siger Nicholas Kotov , professor i kemiteknik ved University of Michigan.
Papirelektrode: Nanorør absorberes i papir og binder sig stærkt til cellulosefibre, som vist i denne scanningselektronmikrograf.
Cui siger, at papir-nanorør-elektroderne er robuste. Selvom ubehandlet papir opløses i vand, vil det nanorør-behandlede papir ikke, og nanorørene kommer ikke af, når det er ridset eller rullet sammen. Superkondensatoren er blevet testet over 40.000 opladningscyklusser i seks måneder, og den virker stadig, siger Cui.
Stanford-forskerne arbejder nu på at forbedre ydeevnen af deres enheder og tester forskellige udskrivningsmetoder og materialer. Indtil videre har Cui brugt en blæk, der består af en blanding af halvledende og metalliske nanorør. Rent metalliske blæk vil sandsynligvis fungere bedre, men de er dyrere. Gruppen eksperimenterer også med forskellige måder at bringe nanorør og papir sammen på, herunder at male blækket med en pen eller pensel for at lave komplekse mønstre.