可以拉伸的“纸电池”
碳纳米管的硬度与金刚石相当,同时拥有良好的柔韧性,可以拉伸。莫斯科大学的研究人员曾将碳纳米管置于1011兆帕的水压下(相当于水下10000米深的压强),由于巨大的压力,碳纳米管被压扁。撤去压力后,碳纳米管像弹簧一样立即恢复了形状。
基于碳纳米管这一特性,美国斯坦福大学的科学家们将带有碳纳米管和纳米线的墨水涂抹在普通的纸张上,制成超轻的柔性可折叠电池和超级电容。
斯坦福大学材料科学及工程系的助理教授崔义(音译)称:“社会真正需要一个低成本、高性能的能量储存装置,就像电池和简单的超级电容器。”
博士后研究生胡兵(音译)将上述理论付诸实施。他将一小块正方形的普通纸浸入墨水中。致使纳米管储存在纸的表面,然后这张纸就能够放电了,你就会手握着被叫作纸电池的奇妙东西。
在此之前,崔义还曾经做过用塑料作基材的实验,相比之下纸质基材的效果要好一些,就是因为纸与墨水的粘合度要好,柔韧性也更好。
未来可用于电动汽车
崔义在谈到纳米材料时说:“这些纳米材料很特别,它们是带有非常小的小孔的一维结构体。”这些小孔至关重要,正是它们使得纳米材料墨水能够牢牢地粘在纤维纸上。这使得电池和超级电容器非常耐用,这种纸制超级电容器能够承受4万次的充放电循环,要比相同量级的锂电池更好。
同时,由于能够快速输送电力,它们还可以广泛应用于电动汽车或混合动力汽车,而且纸质超级电容器由于具有超高的电荷集肤效应,应用在汽车上更有优势。除此之外,这些纸电池可以作为装饰画挂在墙上为电器提供电力。
不容忽视的是,新型纸电池的缺点是其电阻过大、价格高昂。研究数据表明,这种电池的电阻是采用金属薄片做电流载体的常规电池的10倍甚至更多,这会减缓电流的传输。影响这些发明推广的另一个主要原因是目前碳纳米管昂贵的价格。
据崔义预测,纸质电池最好的应用是在分布式电网中作为大规模电力存储的装置,比如将风能、太阳能的电力存储起来。美国加州大学伯克利分校的化学教授杨培东(音译)谈到该技术时指出:“这项技术具有在短时间内商业化的潜能.我不认为它仅仅可以作为能量储存设备,对于任何电气设备来说,它都是非常好的潜在、低成本的柔性电极。”