211service.com
Batterier gjorda av vanligt papper
Vanligt papper kan förvandlas till en batterielektrod helt enkelt genom att doppa det i kol-nanorörbläck. De resulterande elektroderna, som är starka, flexibla och mycket ledande, kan användas för att tillverka billiga energilagringsenheter för att driva bärbar elektronik.
Nanorör bläck: Denna bit kontorspapper har målats med svart kolnanorörsbläck.
Det är nu möjligt att skriva ut lätta kretsar och skärmar för elektronik som e-läsare, men konventionella batterier tynger fortfarande dessa enheter. Kolnanorör är ett lovande material för att skriva ut batterier eftersom de, förutom sin styrka, låga vikt och konduktivitet, kan lagra en stor mängd energi – en kvalitet som hjälper bärbar elektronik att köra längre mellan laddningarna.
Nu en grupp forskare vid Stanford University, ledda av materialvetenskapsprofessor Yi Cui , har visat att vanligt kontorspapper suger upp kolnanorör som en svamp och kan förvandlas till elektroder för batterier och superkondensatorer. Fördelen med papper, säger Cui, är att det är billigt och interagerar starkt med nanorör utan att behöva lägga tillsatser i bläcket. Vi drar nytta av papperets porösa struktur, säger Cui. Kolnanorör sugs in i papperet och fäster riktigt tätt.
Efter att papper doppas i nanorörsbläcket och lufttorkas blir det mycket ledande. Stanford-gruppen testade de tunna filmerna som elektroder i superkondensatorer och fann att de kunde lagra mer total energi och arbeta vid högre strömmar än tidigare tryckta nanorörsenheter. Joel schindall , professor i elektroteknik och datavetenskap vid MIT, säger att papperssuperkondensatorerna lagrar en förvånansvärt hög mängd laddning. Stanford-gruppen testade också papperselektroderna som strömavtagare i litiumjonbatterier. Deras prestanda matchade den för metallströmavtagare som används i dessa batterier, även om metallsamlarna är mycket tyngre. Detta arbete beskrivs denna vecka i Proceedings of the National Academy of Sciences .
Andra grupper har arbetat med att använda papper som substrat för att tillverka elektroder. Men tidigare försök att bygga nanorörsenheter på papper var mycket mer komplicerade, säger Cui, och krävde att man odlade nanorören på papperet eller använde nya pappersformuleringar som utgångspunkt. Doppmetoden är enkel och fin, säger Nicholas Kotov , professor i kemiteknik vid University of Michigan.
Papperselektrod: Nanorör absorberas i papper och binder starkt till cellulosafibrer, som visas i denna skanning-elektronmikrograf.
Cui säger att pappers-nanorörelektroderna är robusta. Även om obehandlat papper löser sig i vatten, gör det inte det nanorörsbehandlade papperet, och nanorören lossnar inte när det repas eller rullas ihop. Superkondensatorn har testats över 40 000 laddningscykler under sex månader och den fungerar fortfarande, säger Cui.
Stanford-forskarna arbetar nu med att förbättra prestandan hos sina enheter och testar olika utskriftsmetoder och material. Hittills har Cui använt ett bläck som består av en blandning av halvledande och metalliska nanorör. Rent metalliska bläck skulle sannolikt fungera bättre, men de är dyrare. Gruppen experimenterar också med olika sätt att föra samman nanorör och papper, inklusive att måla bläcket med en penna eller pensel för att göra komplexa mönster.