Produit Supercapacitors des Nanotubes de Carbone - Technologie Neuve de Chercheurs

Les Chercheurs à l'Institut de Recherches de Tech de la Géorgie (GTRI) produisent les dispositifs nanotube-basés de carbone pour des applications commerciales.

Les nanotubes de Carbone (CNTs) sont un réseau hexagonal des atomes de carbone roulés pour former un cylindre sans joint - une sorte de réseau « de fil de poulet » de graphite. « Ce matériau a élém. élect. énorme, les propriétés thermiques et structurelles, cependant, peu de produits employant CNTs ont heurté le marché, » dit Jud Disponible, un ingénieur de recherches en Électro-optique de GTRI, l'Environnement et le Laboratoire de Matériaux.

Disponible développe un condensateur électrochimique CNT-basé de double couche, un parrainé de projet par l'Espace de l'Armée Américaine Et la Commande de la Défense de Missile. De Tels supercapacitors fourniraient plus d'alimentation électrique, de densité d'énergie accrue (plus de charge par gramme de grammage) et de plus longue durée de vie que les batteries et les condensateurs traditionnels qui enregistrent l'énergie électrique.

Des supercapacitors Disponibles sont faits de deux électrodes actives CNT-basées immergées dans un électrolyte et séparées par une membrane ion-perméable qui évite le transfert d'électron. « Il est idéal utiliser CNTs comme matériau actif d'électrode parce que leurs cotes de nanoscale fournissent plus de surface pour enregistrer la charge, » Disponible dit. Cette surface supplémentaire augmente exponentiellement la capacité - la quantité d'énergie qui peut être enregistrée.

Disponible a commencé le travail sur le projet le printemps dernier, facilité par Stephan Turano, un étudiant de troisième cycle de science des matériaux au Tech de la Géorgie, et Charlie Higgins, un commandant de l'informatique d'Université De L'Etat De la Géorgie. L'équipe a déjà produit des douzaines de supercapacitors de CNT, qui ont été utilisés pour les tests électriques.

Le Contrôle Par Retour De L'information de ces aides de tests améliorent le processus de fabrication. Par exemple, les chercheurs ont appris que quand de la pression est appliquée aux électrodes pendant le test, le supercapacitor exécute mieux. Dans cet esprit, Disponible essaye de comporter un serrage ou le boulonnage entre les deux plaques d'électrode pendant la production pour augmenter la pression.

La prochaine phase est test de fiabilité pour voir comment les supercapacitors de CNT supportent sous différents environnements, qui est particulièrement importante pour des applications en orbite. Les dispositifs sont mis dans une cavité qui les expose à la température et à l'humidité extrêmes, accélérant le processus de vieillissement. « Nous pouvons simuler 20 ans de durée de vie en environ 1.000 heures au lieu de les avoir nous reposons autour pendant 20 années, » Disponible dit.

Au Commencement, Préparez CNTs obtenu du Centre Spatial de Johnson de la NASA. Mais avec un appareil neuf, un four de déposition en phase vapeur, les chercheurs peut maintenant produire CNTs sur le site. « Ceci nous permettra d'essayer une technique de fabrication différente - déposition en phase vapeur contre le procédé de HiPCO (monoxyde de carbone à haute pression) - et comparer et contraster les deux méthodes, » Disponible dit.

Le CNTs de la NASA viennent dans une bouteille, que les chercheurs mélangent dans une pâte et puis appliquent entre les deux électrodes. « Le contact entre la pâte et les électrodes est important, » Disponible explique. « À l'aide du four de déposition en phase vapeur, nous pouvons réellement élever CNTs in situ sur les électrodes de cuivre d'aile, qui fourniront une meilleure connexion. »

Pour produire le CNTs, des gaz sont introduits dans un tube scellé de quartz (environ 2 pouces par 18 pouces), qui contient un substrat, tel que les disques de cuivre d'aile ou de silicium. Un catalyseur est exigé pour aider à fixer le carbone au substrat, et Disponible avait utilisé les îles de taille d'une nano du nickel. Le four est passionné à environ 900 degrés Celsius, et le CNTs auto-assemblent à partir de là, Disponible dit. Le processus complet, de fermer la trappe de four à cela ouvrir, prend environ trois heures, mais beaucoup de ce temps concerne se refroidir comme forme de CNTs en environ 30 mn.

Sans Compter Que fournir une technique de fabrication alternative, le four neuf permet à des chercheurs de produire CNTs d'une façon réglée : Ils peuvent modifier la température et les débits des gaz (hydrogène, méthane et éthylène) employés pour former le CNTs. La Variation de ces facteurs affectera la quantité et la qualité de CNTs a produit.

Un des défis importants règle les cotes matérielles de CNTs, car leurs propriétés électriques varient selon la longueur, le diamètre et le chirality (comment le graphite s'enroule). Le chirality de Réglage est de loin la plupart de tâche effrayante, qui des appels Disponibles « le Saint Graal » de production de CNT.

Quelques arrangements chiraux fournissent CNTs avec les propriétés semi-conductrices, alors que d'autres ont les propriétés métalliques. « Si vous pourriez régler le chirality, vous pourriez régler « la saveur » du CNT, » Disponible explique, notant que son équipe veut produire CNTs avec les propriétés métalliques de 100 pour cent.

Bien Que les foyers Disponibles sur électronique et actionnent les applications, potentiel de prise de CNTs pour une grande variété d'usages, y compris les affichages à panneau plat, les générateurs de champ électrique, les piles solaires et les enroulements sans perte de moteur.

Pourtant une méthode de fabrication cohérente est la clé à introduire des CNT-matériaux dans les dispositifs du monde réel. La « Production d'un supercapacitor CNT-basé avec des capacités exceptionnelles est une chose, » Disponible dit. « Pourtant la production des centaines ou des milliers de supercapacitors qui exécutent identiquement et assez sûrement pour être de fonctionnement viables est une bien autre chose - et notre objectif ultime. »

Dans cet esprit, Disponible essaye de déterminer des partenariats avec les grands constructeurs qui pourraient faciliter le test et la production, et a récent signé une convention avec Maxwell Technologies Inc., un constructeur Diego-Basé de San des supercapacitors. « Fonctionner avec les partenaires de l'entreprise externes comme des Technologies de Maxwell nous aidera à obtenir CNTs hors du laboratoire et dans les produits qui peuvent être utilisés réellement, » il explique.

« Notre stratégie est de produire des relations avantageuses pour les deux parties intenses concentrées sur des technologies d'avant-garde de commercialisation, » dit Richard Smith, vice président exécutif aux Technologies de Maxwell. « Le potentiel pour CNTs dans les ultracapacitors est des affaires de plusieurs milliards de dollars, et il excite à l'équipe avec un groupe prestigieux tel que GTRI. »

Posté le 13 avril 2004th

Magasin d'Horizons de Recherches de Source

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

Last Update: 12. June 2013 20:36

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