De nouvelles recherches montrent que les nanotubes de carbone torsadés peuvent stocker de hautes densités d'énergie pour alimenter des capteurs ou d'autres technologies. Les chercheurs ont découvert que les nanotubes de carbone torsadés peuvent stocker trois fois plus d'énergie par unité de masse qu'une batterie lithium-ion, ce qui les rend idéaux pour les applications de stockage d'énergie légères et sûres telles que les implants médicaux.
Une équipe mondiale de scientifiques, comprenant deux chercheurs du Center for Advanced Sensor Technology (CAST) de l'Université du Maryland, comté de Baltimore (UMBC), a démontré que les nanotubes de carbone torsadés peuvent stocker trois fois plus d'énergie par unité de masse que les batteries lithium-ion avancées. Cette avancée positionne les nanotubes de carbone comme des solutions de stockage d'énergie légères, compactes et sûres, telles que les implants médicaux et les capteurs. Les résultats de la recherche ont été récemment publiés dans Nature Nanotechnology.
Cette recherche a été réalisée en collaboration avec quatre institutions, dirigées par Shigenori Utsumi de l'Université des sciences Suwa à Chino, au Japon, Katsumi Kaneko de l'Université Shinshu à Nagano, au Japon, et Sanjeev Kumar Ujjain de l'Université des sciences et technologies de Chine. KumarUjjain a démarré le projet à l'Université de Shinshu et poursuivra ses travaux après avoir rejoint l'UMBC en 2022. Preety Ahuja, également de l'Association chinoise pour la science et la technologie, a joué un rôle clé dans la phase de caractérisation des matériaux de l'étude.
Les chercheurs ont étudié les nanotubes de carbone à simple paroi, qui ressemblent à des pailles et sont constitués de feuilles de carbone pur d’à peine 1 atome d’épaisseur. Les nanotubes de carbone sont légers, relativement faciles à fabriquer et 100 fois plus résistants que l’acier. Ces propriétés étonnantes ont conduit les scientifiques à explorer leur utilisation potentielle dans diverses technologies aux allures futuristes, notamment les ascenseurs spatiaux.
Pour étudier le potentiel des nanotubes de carbone à stocker de l'énergie, les chercheurs et collègues de l'UMBC ont créé des « cordes » de nanotubes de carbone à partir de faisceaux de nanotubes de carbone disponibles dans le commerce. Après avoir tordu les nanotubes de carbone en une ligne, les chercheurs ont enduit la surface de différentes substances pour augmenter la résistance et la flexibilité de la corde des nanotubes de carbone.
L'équipe a testé la quantité d'énergie que la corde pouvait stocker en la tordant et en mesurant l'énergie libérée lorsque la corde était relâchée. Ils ont découvert que les cordes les plus performantes pouvaient stocker 15 000 fois plus d’énergie par unité de masse que les ressorts en acier et trois fois plus que les batteries lithium-ion. L'énergie stockée reste stable et disponible sur une plage de températures de -76 à +212°F (-60 à +100°C). Les matériaux des cordes en nanotubes de carbone sont également plus sûrs pour le corps humain que ceux utilisés dans les batteries.
"Les humains stockent depuis longtemps de l'énergie dans des ressorts hélicoïdaux mécaniques pour alimenter des appareils tels que des montres et des jouets", a déclaré Kumar Ujjain. "Cette recherche montre que les nanotubes de carbone torsadés ont un grand potentiel de stockage d'énergie mécanique, et nous sommes ravis de partager cette nouvelle avec le monde."
L'équipe CAST travaille déjà à l'utilisation de nanotubes de carbone torsadés comme source d'énergie pour les prototypes de capteurs qu'elle développe.
Compilé à partir de /ScitechDaily