最新研究表明，扭曲的碳纳米管能够存储高密度能量，为传感器或其他技术提供动力。

研究人员发现，扭曲的碳纳米管每单位质量所能存储的能量是锂离子电池的三倍，因此它们是用于医疗植入物等轻便且安全的储能应用的理想之选。

开创性的储能研究

一个全球科学家团队（包括两名来自马里兰大学巴尔的摩分校（UMBC）高级传感器技术中心（CAST）的研究人员）已经证明，扭曲的碳纳米管每单位质量可存储的能量是先进锂离子电池的三倍。这一突破使碳纳米管成为医疗植入物和传感器等轻便、小巧、安全设备中储能的极具前景的解决方案。相关研究成果最近发表于《自然·纳米技术》期刊。

本研究由四所机构合作完成，由日本长野县诹访科学大学 (Suwa University of Science) 的宇津美重典、日本长野县信州大学 (Shinshu University) 的金子胜和中国航天科技集团公司 (CAST) 的乌贾因·桑吉夫共同牵头。乌贾因·桑吉夫在信州大学启动该项目，并于 2022 年加入马里兰大学巴尔的摩分校 (University of Maryland, Baltimore County) 后继续开展工作。同样来自中国航天科技集团公司的普瑞缇·阿胡贾在材料表征阶段的研究中发挥了关键作用。

碳纳米管的创新特性

研究人员研究了单壁碳纳米管，这种材料就像是由厚度仅为 1 个原子的纯碳片制成的吸管。碳纳米管质量轻、相对容易制造，强度大约是钢的 100 倍。凭借其令人惊叹的特性，科学家正探索其在包括太空电梯在内的各种听起来未来感十足的技术中的潜在用途。

为了研究碳纳米管在储能方面的潜力，马里兰大学巴尔的摩分校的研究人员及其同事利用市售的纳米管束制造出了碳纳米管“绳索”。他们将这些纳米管拉直并捻成一根细丝，然后涂上不同的物质，以提高绳索的强度和柔韧性。

令人印象深刻的储能能力

研究团队通过缠绕绳索并测量绳索松开时释放的能量，测试了绳索能够储存的能量大小。他们发现，性能最佳的绳索每单位质量所能储存的能量是钢制弹簧的15000倍，大约是锂离子电池的3倍。这些储存的能量在-76华氏度至+212华氏度（-60摄氏度至+100摄氏度）的温度范围内能够保持稳定且可供提取。与电池所用材料相比，碳纳米管绳索中的材料对人体而言也更加安全。

“人类早已将能量储存在机械发条弹簧中，为手表和玩具等装置提供动力，”库马尔·乌贾因说，“这项研究表明，扭曲的碳纳米管在机械储能方面潜力巨大，我们很兴奋能与世界分享这一消息。”他说，中科院团队已经在努力将扭曲的碳纳米管用作他们正在开发的传感器原型的能源。

参考文献：2024年4月16日，《自然·纳米技术》期刊上发表的由宇津见重能里、圣杰夫·库马尔·乌贾因、佐藤聪、霜本亮、山浦泰、奥田亮介、小林隆一郎、高桥吾我、宫崎聪、加藤直记、阿部智一、保井裕太、阿胡贾普丽缇、古关鮎美、川又裕马、大冢隼人、藤泽和典、林太也、戴维·托马内克和金子兼水合著的“扭曲单壁碳纳米管绳中的巨大纳米机械储能能力”。DOI：10.1038/s41565-024-01645-x