Особым образом уложенные углеродные нанотрубки открывают возможности для создания аккумуляторов повышенной емкости и суперконденсаторов - Гранит науки - 2009-01-19

Особым образом уложенные углеродные нанотрубки открывают возможности для создания аккумуляторов повышенной емкости и суперконденсаторов.

Учеными Массачусетского Технологического Института (MIT) получена однородная, плотная и тонкая пленка, состоящая из углеродных нанотрубок - материала, который имеет огромный потенциал применения в электронике в силу того, что он способен переносить и сохранять большее количество электричества, чем прочие формы углерода. Это свойство обусловлено тем, что структуры наномасштаба имеют гораздо большую площадь поверхности на единицу объема по сравнению со структурами более крупных масштабов. Однако существующие методы изготовления пленок из нанотрубок таковы, что между отдельными трубками остаются зазоры, или же требуются дополнительные связующие материалы для удержания отдельных наноэлементов на достаточно близком расстоянии друг от друга. И все это снижает электропроводность пленок – способность переносить, а также сохранять электрический заряд. В MIT группа под руководством двух профессоров - химика Паулы Хеммонд (Paula Hammond) и инженера Ян Шао-Хорна (Yang Sha-Horn) применили к созданию пленки из углеродных нанотрубок оригинальный метод послойной сборки. Для начала они сделали водные растворы двух типов нанотрубок – один тип отличался некими положительно заряженными молекулами, прикрепленными к нанотрубкам, а другой – отрицательными. Далее они поочередно погружали тонкую кремниевую подложку для нанотрубок в оба раствора. Из-за своей противоположной заряженности нанотрубки притягивались друг к другу и удерживались в таком притянутом состоянии без какого-либо скрепляющего вещества. А одинаково заряженные нанотрубки в растворе отталкивались, образуя, таким образом, тонкий равномерный слой.

Полученные пленки отделяли от кремниевого субстрата и помещали в пары водорода, в которых сгорали молекулы, придававшие нанотрубкам определенный электрический заряд. В результате ученые имели пленки из чистого углерода. Строго говоря, они состояли из углеродных нанотрубок на 70% , а остальные 30% занимали пустоты, поры, которые могут быть использованы для заполнения их литием или жидким электролитом в будущих аккумуляторных электродах. По словам авторов разработки, которые приводит портал Technology Review, такая пленка может сохранять электрическую энергию, но и быстро разряжаться. Емкость пленки, полученной в Массачусетсе, самая высокая для пленок, получаемых из углеродных нанотрубок. Это означает, что они могут служить и электродами для батарей электропитания, и быстро заряжающимися суперконденсаторами высокой мощности с долгим сроком действия. Прежние похожие способы послойной сборки пленок из нанотрубок приводили к получению продукта, состоящего из углерода лишь наполовину, поскольку прослаивались положительно заряженный полимер с отрицательно заряженными нанотрубками. Но полимер не обладает электропроводностью нанотрубок, следовательно, электрические свойства таких пленок значительно уступают пленкам Хеммонд и Шао-Хорна. Недостатком метода массачусетских профессоров является то, что он требует затрат времени. Дело в том, что толщина типичных электродов – от 10 до 100 микрометров, а то, что получили в MIT, пока не превышает 1 микрона.