새로운 연구에 따르면 꼬인 탄소 나노튜브는 센서나 기타 기술에 전력을 공급하기 위해 고밀도 에너지를 저장할 수 있습니다. 연구원들은 꼬인 탄소 나노튜브가 리튬 이온 배터리의 단위 질량당 에너지의 3배를 저장할 수 있어 의료용 임플란트와 같은 가볍고 안전한 에너지 저장 응용 분야에 이상적이라는 것을 발견했습니다.
볼티모어 카운티 메릴랜드 대학(UMBC) 산하 첨단 센서 기술 센터(CAST)의 연구원 2명을 포함한 글로벌 과학자 팀은 꼬인 탄소 나노튜브가 고급 리튬 이온 배터리보다 단위 질량당 3배 더 많은 에너지를 저장할 수 있음을 입증했습니다. 이러한 획기적인 발전으로 탄소 나노튜브는 의료용 임플란트 및 센서와 같은 가볍고 콤팩트하며 안전한 에너지 저장 솔루션으로 자리매김하게 되었습니다. 이번 연구 결과는 최근 네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology)에 게재됐다.
이번 연구는 일본 치노 소재 스와이과대학 우츠미 시게노리, 일본 나가노 신슈대학 가네코 카츠미, 중국 과학기술대학 산지브 쿠마르 우자인 등 4개 기관의 협력으로 완료됐다. KumarUjjain은 Shinshu University에서 프로젝트를 시작했으며 2022년 UMBC에 합류한 후에도 계속 작업할 예정입니다. 중국 과학 기술 협회의 Preety Ahuja도 연구의 재료 특성화 단계에서 핵심적인 역할을 했습니다.
연구진은 단일벽 탄소 나노튜브를 연구했는데, 이는 빨대와 비슷하고 원자 1개 두께의 순수 탄소 시트로 만들어졌습니다. 탄소나노튜브는 가볍고, 비교적 만들기 쉬우며, 강철보다 100배 더 강하다. 이러한 놀라운 특성으로 인해 과학자들은 우주 엘리베이터를 포함하여 미래 지향적인 다양한 기술에서의 잠재적인 용도를 탐구하게 되었습니다.
에너지를 저장하는 탄소 나노튜브의 잠재력을 연구하기 위해 UMBC 연구원과 동료들은 상업적으로 이용 가능한 탄소 나노튜브 묶음에서 탄소 나노튜브 "로프"를 만들었습니다. 연구진은 탄소나노튜브를 선 모양으로 꼬아 만든 뒤 표면에 다양한 물질을 코팅해 탄소나노튜브 로프의 강도와 유연성을 높였다.
연구팀은 로프를 비틀고 로프가 풀렸을 때 방출되는 에너지를 측정하여 로프가 얼마나 많은 에너지를 저장할 수 있는지 테스트했습니다. 그들은 성능이 가장 좋은 로프가 강철 스프링보다 단위 질량당 15,000배 더 많은 에너지를 저장할 수 있고 리튬 이온 배터리보다 3배 더 많은 에너지를 저장할 수 있다는 것을 발견했습니다. 저장된 에너지는 -60 ~ +100°C(-76 ~ +212°F)의 온도 범위에서 안정적으로 유지됩니다. 탄소나노튜브 로프 소재는 배터리에 사용되는 소재보다 인체에도 안전하다.
Kumar Ujjain은 "인간은 오랫동안 시계나 장난감과 같은 장치에 전력을 공급하기 위해 기계식 코일 스프링에 에너지를 저장해 왔습니다."라고 말했습니다. "이 연구는 꼬인 탄소 나노튜브가 기계적 에너지 저장에 큰 잠재력을 가지고 있음을 보여주며, 우리는 이 소식을 세계와 공유하게 되어 기쁘게 생각합니다."
CAST 팀은 이미 개발 중인 센서 프로토타입의 에너지원으로 꼬인 탄소 나노튜브를 사용하기 위해 노력하고 있습니다.
/ScitechDaily에서 편집됨