محققان کشف کرده‌اند که نانولوله‌های کربنی پیچ‌خورده می‌توانند انرژی باتری‌های لیتیوم یونی را سه‌برابر بیشتر در واحد جرم ذخیره کنند که استفاده از آنها را برای کاربرد در جاهایی که به وزن کم انرژی ایمن نیاز است، مانند ایمپلنت‌های پزشکی ایده‌آل می‌کند.

یک تیم تحقیقاتی از دانشمندان شامل دو محقق از مرکز فناوری حسگر پیشرفته (CAST) در دانشگاه مریلند بالتیمور (UMBC)، نشان داده‌اند که نانولوله‌های کربنی پیچ‌خورده می‌توانند سه‌برابر بیشتر از باتری‌های لیتیوم-یون پیشرفته انرژی در واحد جرم ذخیره کنند. این فناوری، نانولوله‌های کربنی را به عنوان یک راه‌حل امیدوارکننده برای ذخیره انرژی در دستگاه‌های سبک وزن، فشرده و ایمن مانند ایمپلنت‌ها و حسگرهای پزشکی قرار می‌دهد. این یافته‌ها اخیرا در نشریه Nature Nanotechnology منتشر شده است.

این مطالعه یک تلاش مشترک بین چهار مؤسسه به رهبری شیگنوری اوتسومی از دانشگاه علوم سووا در چینو ژاپن، کاتسومی کانکو از دانشگاه شینشو در ناگانو ژاپن و سانجیو کومار اوجاین از CAST بود. کومار اوجین این پروژه را در دانشگاه شینشو آغاز کرد و پس از پیوستن به UMBC در سال ۲۰۲۲ به کار خود در آنجا ادامه داد.

برای بررسی پتانسیل نانولوله‌های کربنی برای ذخیره انرژی، محققان UMBC و همکارانشان طناب‌هایی از جنس نانولوله‌های کربنی ساختند. این رشته‌ها از نانولوله‌های‌کربنی تجاری موجود در بازار ساخته شدند. پس از کشیدن و چرخاندن لوله‌ها به صورت یک نخ، محققان آنها را با مواد مختلفی پوشاندند که برای افزایش استحکام و انعطاف‌پذیری طناب‌ها طراحی شده بود.

به نقل از ستاد نانو، این تیم با چرخاندن طناب‌ها و اندازه‌گیری انرژی آزاد شده با باز شدن آن، آزمایش کردند که طناب‌ها چقدر انرژی می‌توانند ذخیره کنند. آنها دریافتند که طناب‌هایی که بهترین عملکرد را دارند، می‌توانند ۱۵ هزار برابر بیشتر از فنرهای فولادی در هر واحد جرم انرژی و حدود سه‌برابر بیشتر از باتری‌های لیتیوم یون انرژی ذخیره کنند. انرژی ذخیره شده در دماهای بین ۷۶- تا ۲۱۲+ درجه فارنهایت (۶۰- تا ۱۰۰+ درجه سانتی‌گراد) ثابت و قابل دسترسی است. مواد موجود در طناب‌های نانولوله کربنی نیز برای بدن انسان ایمن‌تر از موادی هستند که در باتری‌ها استفاده می‌شوند.

کومار اوجین می‌گوید: انسان مدت‌هاست انرژی را در فنرهای مکانیکی ذخیره می‌کند تا دستگاه‌هایی مانند ساعت‌ها و اسباب‌بازی‌ها را تامین کند. این تحقیق نشان می‌دهد که نانولوله‌های کربنی پیچ‌خورده پتانسیل بالایی برای ذخیره‌سازی انرژی مکانیکی دارند و ما هیجان‌زده هستیم که این خبر را با جهان به اشتراک بگذاریم.

او می‌گوید که تیم CAST در حال حاضر در حال کار برای ترکیب نانولوله‌های کربنی پیچ خورده به عنوان منبع انرژی برای نمونه اولیه نوعی حسگر است.