نانولوله‌های کربنی تراز شده دوام و کیفیت باتری‌ها را افزایش می‌دهد

نانولوله‌های کربنی به صورت عمودی تراز شده (VACNTS) علاوه بر معماری هم ترازی، دارای خاصیت مکانیکی، الکتریکی و انتقال جریان استثنایی هستند که برای کاربردهایی مانند جداسازی غشایی، مدیریت حرارتی، ریسندگی الیاف، اتصالات الکترونیکی و ذخیره انرژی مهم است.

تا به امروز، ادغام گسترده این نانولوله های کربنی در فناوری‌های نسل بعدی به دلیل کمبود قابلیت‌های سازگاری، اقتصادی و تولید انبوه بامشکلاتی همراه بوده است. این لوله ها با کیفیت بالا به طور معمول بر روی بسترهایی مانند سیلیکون (SI) یا ویفرهای کوارتز ساخته می‌شوند که سفت و سخت، گران و عایق الکتریکی هستند.

محققان این پروژه، پس از کاوش در مقالات علمی، به بسترهای سوپرآلیاژی شرکت اینکونل (Inconel) رسیدند که به آنها اجازه می‌دهد تا لوله های کربنی را با دستگاه‌های انعطاف‌پذیر ادغام کنند. با این کار یک مرحله انتقال از سیلیکون به بسترهای دیگر را از بین می‌رود و مقاومت‌های انتقال الکتریکی یا حرارتی را در رابط بین نانولوله های کربنی و بستر به حداقل می‌رسد که برای کاربردهای ذخیره‌سازی الکترونیکی و انرژی بسیار مهم است. سوپرآلیاژی شرکت اینکونل خانواده‌ای از سوپر آلیاژهای مبتنی بر نیکل کروم هستند که برای ارائه خدمات در محیط‌های خشن و سخت نظیذ فشار و گرمای بالا مناسب هستند.

فرانچسکو از محققان این پروژه می‌گوید: «انتقال نانولوله های کربنی با کیفیت بالا از بسترهای سنتی سیلیکونی به فویل‌های فلزی، درهای تولید اقتصادی‌تر، در مقیاس بزرگ را باز می‌کند.»

سنتز CNT تک‌جداره با کیفیت بالا (SWCNTS) بر روی فویل‌های فلزی به ویژه برای دستگاه‌های ذخیره انرژی مانند باتری‌های لیتیوم یون (LIBS) بسیار ارزشمند است.

کاتلین مویر وندربورگ از محققان این پروژه یادآور شد: مساحت سطحی بالا و هدایت الکترونیکی استثنایی CNT، آن‌ها را گزینه اصلی برای کاربردهای مختلف کرده است. به طور خاص، VA-SWCNT رشد یافته بر روی فویل‌های فلزی می‌توانند یک بستر با چسبندگی قوی بین SWCNT و جمع‌کننده جریان، هدایت هدایت و کانال‌های تراز شده برای انتشار سریع را فراهم کنند.

تیم آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور برای استفاده به عنوان آند، جنگل‌های SWCNT را به صورت عمودی تراز کرد. اعضای این تیم خواص ساختاری تقریباً ثابت از جنگل‌های CNT را در طیف گسترده‌ای از شرایط سنتز و برای بسترهای فلزی متعدد مشخص کرد. آند ساخته از نانولوله‌های کربنی چرخه شارژ/دشارژ متعددی را تحمل کرد و بعد از صدها چرخه، ظرفیت بالایی را نشان داد.