從碳 Nanotubes - 新技術的研究員產物 Supercapacitors

喬治亞技術研究所的研究員 (GTRI)導致碳商務應用的基於 nanotube 的設備。

碳 nanotubes (CNTs) 是碳原子一個六角網絡滾的形成一個無縫的磁道 - 石墨一種 「網狀電線」格子。 「此材料有極大電,然而,熱量和結構上的屬性使用 CNTs 的少量產品進入了這個商業市場」,在 GTRI 的電光學方面材料實驗室說準備好的 Jud,研究工程師,環境和。

準備好開發一臺基於 CNT 的電化學二重層電容器、美軍空間主辦的一個項目和導彈辯護指令。 這樣 supercapacitors 比存儲電能的傳統電池和電容器將提供更多功率、增加的能量密度 (更多充電每克重量) 和長壽。

準備好的 supercapacitors 由二做成 CNT 根據防止電子調用的一個離子有滲透性的膜浸沒在電解質和分隔的有效的電極。 「CNTs 是理想使用作為準備好有效的電極的材料,因為他們的 nanoscale 維數為存儲充電提供更多表面」,說。 該額外的表面按指數規律增加電容 - 可以存儲的功率。

準備好上個春天開始了在這個項目的工作,幫助由演史 Turano、材料學研究生在喬治亞技術和查理 Higgins,從喬治亞州立大學的計算機科學少校。 小組已經生產了數十 CNT supercapacitors,為電子測試使用了。

從那些測試幫助的反饋改進製造過程。 例如,研究員獲悉,當在測試期間時,壓適用於電極, supercapacitor 更好執行。 鑒於此,準備好設法合併一夾緊或閂上在二個電極牌照之間在生產時增加壓。

下一個步驟是看見 CNT supercapacitors 如何的可靠性測試阻止在不同的環境下,對面向太空的應用是特別重要。 設備在顯示他們在極其溫度和濕氣的房間安置,加速老化進程。 「我們可以模擬 20 年生活在大約 1,000 時數而不是有他們無所事事 20 年」,準備好說。

最初,请準備從美國航空航天局的約翰遜航天中心的獲得的 CNTs。 但是與一臺新的設備,一個化學氣相沉積熔爐,研究員可能現在生產在站點的 CNTs。 「這將使我們嘗試不同的生產工藝 - 化學氣相沉積與 HiPCO (高壓一氧化碳) 進程 -,并且比較,并且對比二個方法」,準備好說。

從美國航空航天局的 CNTs 進來瓶,研究員混合到粘貼然後應用在二個電極之間。 「在粘貼和電極之間的聯絡是重要的」,準備好解釋。 通過使用化學氣相沉積熔爐, 「我們在銅箔電極可以在原處實際上生長 CNTs,將提供更好的連接數」。

要生產 CNTs,氣體被投向一支被密封的石英管 (大約 2 英寸乘 18 英寸),包含一個基體,例如銅箔或硅片。 要求催化劑幫助附有碳這個基體,并且準備好使用鎳納諾尺寸海島。 熔爐被加熱對大約 900 攝氏度,并且 CNTs 從那裡自彙編,準備好說。 整個過程,從關閉對開張的熔爐門,需要大約三時數,但是該時間在大約 30 分鐘之內介入冷卻作為 CNTs 表單。

除提供替代生產工藝以外,新的熔爐使研究員以受控方式生產 CNTs : 他們可以修改 (氫、甲烷和乙烯) 用於的溫度和流速氣體形成 CNTs。 變化這些系數將影響這個數量,并且 CNTs 的質量生產了。

其中一大挑戰控制實體尺寸 CNTs,因為他們的電子屬性根據長度、直徑和 chirality 變化 (石墨如何捲起)。 控制 chirality 顯然是艱鉅的任務,準備好的購買權 「聖杯」 CNT 生產。

而其他有金屬屬性,一些手性的排列產生與半導體的屬性的 CNTs。 「如果您可能控制 chirality,您可能控制 『類似』 CNT」,準備好解釋,注意到,他的小組要生產與 100% 金屬屬性的 CNTs。

雖然在電子的準備好的重點和關閉應用, CNTs 暫掛潛在為各種各樣的使用,包括平板顯示器、電場生成器、太陽能電池和無損的馬達繞。

一個一致的製造方法是這個關鍵字對引入 CNT 材料到真實世界的設備。 「生產一基於 CNT 的 supercapacitor 以例外功能是一件事情」,準備好說。 「生產相等地和足够可靠執行可操作地是可行的數百或千位 supercapacitors 是相當另一件事情 - 和我們的最終目標」。

鑒於此,準備好設法設立與在測試和生產可能幫助的大製造商的合夥企業和最近簽署了一個合約與 Maxwell Technologies Inc., supercapacitors 一個聖迭戈的製造商。 「從事與像麥克斯韋技術的外部行業合作夥伴將幫助我們使 CNTs 脫離這個實驗室,并且到可能實際上使用的產品」,他解釋。

「我們的方法是創建於商業化的突破技術集中的牢固的雙贏的關係」,行政副總裁說理查史密斯,麥克斯韋技術的。 「在 CNTs 的潛在 ultracapacitors 是幾百億元的商業,并且它是扣人心弦的合作與這樣一個有名望的組像 GTRI」。

張貼 2004年th 4月 13日

來源研究展望期雜誌

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

Last Update: 12. June 2013 20:32

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