211service.com
Batterijen gemaakt van gewoon papier
Gewoon papier kan eenvoudig in een batterij-elektrode worden veranderd door het in koolstof-nanobuis-inkt te dompelen. De resulterende elektroden, die sterk, flexibel en zeer geleidend zijn, kunnen worden gebruikt om goedkope energieopslagapparaten te maken om draagbare elektronica van stroom te voorzien.
Nanobuis inkt: Dit stuk kantoorpapier is geverfd met zwarte koolstof nanobuis-inkt.
Het is nu mogelijk om lichtgewicht circuits en schermen te printen voor elektronica zoals e-readers, maar conventionele batterijen belasten deze apparaten nog steeds. Koolstofnanobuisjes zijn een veelbelovend materiaal voor het printen van batterijen omdat ze, naast hun sterkte, lichtgewicht en geleidbaarheid, een grote hoeveelheid energie kunnen opslaan - een kwaliteit die draagbare elektronica helpt langer mee te gaan tussen oplaadbeurten.
Nu een groep onderzoekers van Stanford University, geleid door professor materiaalkunde Yi Cui , hebben aangetoond dat gewoon kantoorpapier koolstofnanobuisjes opzuigt als een spons en kan worden omgezet in elektroden voor batterijen en supercondensatoren. Het voordeel van papier, zegt Cui, is dat het goedkoop is en een sterke wisselwerking heeft met nanobuisjes zonder dat er additieven in de inkt hoeven te worden gedaan. We profiteren van de poreuze structuur van papier, zegt Cui. Koolstof nanobuisjes absorberen in het papier en plakken heel stevig vast.
Nadat het papier in de nanobuis-inkt is gedompeld en aan de lucht is gedroogd, wordt het zeer geleidend. De Stanford-groep testte de dunne films als elektroden in supercondensatoren en ontdekte dat ze meer totale energie konden opslaan en bij hogere stromen konden werken dan eerdere geprinte nanobuis-apparaten. Joel Schindall , hoogleraar elektrotechniek en computerwetenschappen aan het MIT, zegt dat de papieren supercondensatoren verrassend veel lading opslaan. De Stanford-groep testte ook de papierelektroden als stroomafnemers in lithium-ionbatterijen. Hun prestaties kwamen overeen met die van de metalen stroomcollectoren die in deze batterijen worden gebruikt, hoewel de metalen collectoren veel zwaarder zijn. Dit werk wordt deze week beschreven in de Proceedings van de National Academy of Sciences .
Andere groepen hebben gewerkt aan het gebruik van papier als substraat voor het maken van elektroden. Eerdere pogingen om nanobuisjes op papier te bouwen waren echter veel gecompliceerder, zegt Cui, en vereisten het groeien van de nanobuisjes op papier of het gebruik van nieuwe papierformuleringen als uitgangspunt. De dompelmethode is eenvoudig en leuk, zegt Nicholas Kotov , hoogleraar chemische technologie aan de Universiteit van Michigan.
Papier elektrode: Nanobuisjes absorberen in papier en binden sterk aan cellulosevezels, zoals te zien is in deze scanning-elektronenmicrofoto.
Cui zegt dat de papier-nanobuis-elektroden robuust zijn. Hoewel onbehandeld papier oplost in water, zal het met nanobuisjes behandelde papier dat niet doen, en de nanobuisjes komen niet los als het wordt bekrast of opgerold. De supercondensator is zes maanden lang meer dan 40.000 oplaadcycli getest en werkt nog steeds, zegt Cui.
De onderzoekers van Stanford werken nu aan het verbeteren van de prestaties van hun apparaten en testen verschillende afdrukmethoden en materialen. Tot nu toe heeft Cui een inkt gebruikt die bestaat uit een mengsel van halfgeleidende en metalen nanobuisjes. Puur metallic inkten zouden waarschijnlijk beter presteren, maar ze zijn duurder. De groep experimenteert ook met verschillende manieren om nanobuisjes en papier bij elkaar te brengen, waaronder het schilderen van de inkten met een pen of penseel om complexe patronen te maken.