Forscher Erzeugnis Supercapacitors vom Kohlenstoff Nanotubes - Neue Technologie

Forscher am Georgia-Technologie-Forschungsinstitut (GTRI) produzieren nanotube-basierte Einheiten des Kohlenstoffes für kommerzielle Anwendungen.

Kohlenstoff nanotubes (CNTs) sind ein sechseckiges Netz von den Kohlenstoffatomen, die gerollt werden, um einen nahtlosen Zylinder zu bilden - eine Sortierung „des Maschendraht“ Gitters des Graphits. „Dieses Material hat ungeheures elektrisches, thermische und strukturelle Eigenschaften jedoch haben wenige Produkte, die CNTs verwenden, den Handelsmarkt geschlagen,“ sagt Betriebsbereites Jud, einen Versuchsingenieur in Elektrooptik GTRIS, Umgebung und Material-Labor.

Betriebsbereit entwickelt einen CNT-basierten elektrochemischen Doppelschichtkondensator, ein Projekt, das durch den US-Armee-Platz gefördert werden und FlugVerteidigungs-Befehl. Solche supercapacitors würden mehr Leistung, erhöhte Energiedichte (mehr Ladung pro Gramm Gewicht) und längere Lebensdauer als traditionelle Körperverletzungen und Kondensatoren liefern, die elektrische Energie speichern.

Betriebsbereite supercapacitors werden von zwei CNT-basierten aktiven Elektroden gemacht, die in einem Elektrolyt untergetaucht werden und durch eine Ion-durchlässige Membran getrennt sind, die Elektronübertragung verhindert. „CNTs sind ideal, als das aktive Elektrodenmaterial zu verwenden, weil ihre nanoscale Abmessungen mehr Fläche für das Speichern der Ladung zur Verfügung stellen,“ Betriebsbereit sagt. Diese Extrafläche erhöht exponential Kapazitanz - die Menge von Leistung, die gespeichert werden kann.

Betriebsbereit fing Arbeit über das Projekt im letzten Frühling an, geholfen durch Stephan Turano, ein Materialwissenschaftsstudent im aufbaustudium an Georgia-Technologie und Charlie Higgins, ein Informatikmajor von der Staat Georgia-Universität. Das Team hat bereits Dutzende CNT-supercapacitors produziert, die für elektrische Prüfungen verwendet worden sind.

Feed-back von jenen Prüfungshilfen verbessern das Herstellungsverfahren. Zum Beispiel haben die Forscher erfahren, dass, wenn Druck auf Elektroden während der Prüfung zugetroffen wird, das supercapacitor besser durchführt. In diesem Sinne Betriebsbereit versucht, ein Festklemmen oder das Weglaufen zwischen die zwei Elektrodenplatten während der Produktion zu enthalten, um Druck zu erhöhen.

Der nächste Schritt ist die Zuverlässigkeitsprüfung, zu sehen, wie die CNT-supercapacitors unter verschiedenen Umgebungen halten, der für Platz-basierte Anwendungen besonders wichtig ist. Die Einheiten werden in eine Kammer gelegt, die sie extreme Temperatur und Feuchtigkeit aussetzt und beschleunigen den Alterungsprozess. „Wir können 20 Jahre Leben in ungefähr 1.000 Stunden anstatt sie, zu haben simulieren sitzen herum für 20 Jahre,“ Betriebsbereit sagt.

Zuerst Bereiten Sie erreichtes CNTs von Johnson-Raumfahrtzentrum der NASAS vor. Aber mit einem neuen Gerät, kann ein Absetzungsofen des chemischen Dampfes, die Forscher CNTs auf Site jetzt produzieren. „Dieses aktiviert uns, eine andere Produktionstechnik zu versuchen - chemisches Bedampfen gegen den Prozess HiPCO (Hochdruckkohlenmonoxid) - und zu vergleichen und die zwei Methoden kontrastieren,“ Betriebsbereit sagt.

Das CNTs von der NASA kommen in eine Flasche, die die Forscher in eine Paste mischen und dann zwischen den zwei Elektroden anwenden. „Der Kontakt zwischen der Paste und den Elektroden ist wichtig,“ Betriebsbereit erklärt. „, Indem wir den chemischen Bedampfenofen verwenden, können wir CNTs auf kupfernen Folienelektroden wirklich in situ wachsen, die liefern einen besseren Anschluss.“

Um das CNTs zu produzieren, werden Gase in ein gedichtetes Quarzgefäß (ungefähr 2 Zoll lang und 18 Zoll breit), das eine Substratfläche enthält, wie kupferne Folie oder Siliziumscheiben geführt. Ein Katalysator wird gefordert, um zu helfen, den Kohlenstoff zur Substratfläche zu befestigen, und Betriebsbereit hat Nano--groß Inseln des Nickels verwendet. Der Ofen wird zu ungefähr 900 Grad Celsius geheizt, und das CNTs selbst-bauen von dort zusammen, Betriebsbereit sagt. Der Gesamtprozess, vom Schließen der Ofenklappe zum Öffnen es, dauert ungefähr drei Stunden, aber viel dieser Zeit bezieht mit ein, als das CNTs-Formular abzukühlen in ungefähr 30 Minuten.

Außer der Lieferung einer alternativen Produktionstechnik, aktiviert der neue Ofen Forscher, CNTs in einer esteuerten Art zu produzieren: Sie können die Temperatur und die Strömungsgeschwindigkeiten von den Gasen (Wasserstoff, Methan und Äthylen) ändern verwendet, um das CNTs zu bilden. Der Unterschied dieser Faktoren beeinflußt die Menge und Qualität von CNTs produzierte.

Eine der größten Herausforderungen steuert die Abmessungen von CNTs, da ihre elektrischen Eigenschaften abhängig von Länge, Durchmesser und chirality schwanken (wie der Graphit oben rollt). Steuerungschirality ist bei weitem die meiste gewaltige Aufgabe, die Betriebsbereite Aufrufe „das Heilige Gral“ von CNT-Produktion.

Einige chirale Vorbereitungen erbringen CNTs mit Halbleitereigenschaften, während andere metallische Eigenschaften haben. „Wenn Sie chirality steuern konnten, konnten Sie das „Aroma“ des CNT steuern,“ Betriebsbereit erklären und beachten, dass sein Team CNTs mit den metallischen Eigenschaften von 100 Prozent produzieren möchte.

Obgleich schalten Betriebsbereite Fokusse auf elektronischem und Anwendungen, CNTs-Griffpotential für eine große Vielfalt des Gebrauches, einschließlich Flachbildschirme, Generatoren des elektrischen Bereichs, Solarzellen und Verlust-lose Bewegungswicklungen an.

Dennoch ist eine konsequente Produktionsmethode die Taste zum Vorstellen von CNT-Materialien in realistische Einheiten. „Ein CNT-basiertes supercapacitor mit außergewöhnlichen Fähigkeiten Zu Produzieren ist eine Sache,“ Betriebsbereit sagt. „Dennoch, Hunderte oder Tausenden supercapacitors ist zu produzieren, die identisch und zuverlässig genug, lebensfähig betrieblich zu sein durchführen, durchaus eine andere Sache - und unser Endziel.“

In diesem Sinne Betriebsbereit versucht, Partnerschaften mit großen Herstellern festzulegen, die in der Prüfung und in der Produktion helfen konnten, und unterzeichnete vor kurzem eine Vereinbarung mit Maxwell Technologies Inc., einen Diego-Basierten Hersteller Sans von supercapacitors. „Das Arbeiten mit externen Industriepartnern wie Maxwell-Technologien hilft uns, CNTs aus dem Labor heraus zu erhalten und in Produkte, die wirklich verwendet werden können,“ erklärt er.

„Unsere Strategie ist, die starken Verhältnisse zu erstellen mit Gewinn für beide Parteien, die auf Vermarktungsdurchbruchtechnologien gerichtet werden,“ sagt Richard Smith, Exekutivvizepräsident an Maxwell-Technologien. „Das Potenzial für CNTs in den ultracapacitors ist ein Geschäft von mehreren Milliarden Dollar, und es ist aufregend team mit einer solchen prestigevollen Gruppe wie GTRI.“

Am 13. April 2004 Bekannt gegebenth

QuellForschungs-Horizont-Zeitschrift

Date Added: May 11, 2004 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 12. June 2013 20:38

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