Une équipe internationale de scientifiques, dont deux chercheurs qui travaillent actuellement au Center for Advanced Sensor Technology (CAST) de l’UMBC, a montré que les nanotubes de carbone torsadés peuvent stocker trois fois plus d’énergie par unité de masse que les batteries lithium-ion avancées. Cette découverte pourrait faire des nanotubes de carbone une solution prometteuse pour stocker l’énergie dans des dispositifs qui doivent être légers, compacts et sûrs, tels que les implants médicaux et les capteurs. a été publié récemment dans le journal La nanotechnologie naturelle.
Sanjeev Kumar Ujjain, du CAST, a été l’un des principaux chercheurs de ce projet. Il a démarré le projet alors qu’il était à l’université Shinshu, à Nagano, au Japon, et l’a poursuivi après son arrivée à l’UMBC en 2022. Preety Ahuja, du CAST, a également contribué aux aspects de caractérisation des matériaux de la recherche.
Les chercheurs ont étudié des nanotubes de carbone à paroi simple, qui ressemblent à des pailles fabriquées à partir de feuilles de carbone pur d’une épaisseur de seulement 1 atome. Les nanotubes de carbone sont légers, relativement faciles à fabriquer et environ 100 fois plus résistants que l’acier. Leurs propriétés étonnantes ont conduit les scientifiques à explorer leur utilisation potentielle dans un large éventail de technologies futuristes, notamment ascenseurs spatiaux.
Pour étudier le potentiel des nanotubes de carbone pour stocker de l’énergie, les chercheurs de l’UMBC et leurs collègues ont fabriqué des « cordes » de nanotubes de carbone à partir de faisceaux de nanotubes disponibles dans le commerce. Après avoir tiré et torsadé les tubes pour en faire un seul fil, les chercheurs les ont ensuite enduits de différentes substances destinées à augmenter la résistance et la flexibilité des cordes.
L’équipe a testé la quantité d’énergie que les cordes pouvaient stocker en les torsadant et en mesurant l’énergie libérée lors du déroulement des cordes. 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 environ trois fois plus d’énergie que les batteries lithium-ion.
L’énergie stockée reste constante et accessible à des températures allant de -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 », explique Kumar Ujjain. « Cette recherche montre que les nanotubes de carbone torsadés ont un grand potentiel pour le stockage de l’énergie mécanique, et nous sommes ravis de partager cette nouvelle avec le monde entier. »
Il dit que l’équipe CAST travaille déjà à l’intégration de nanotubes de carbone torsadés comme source d’énergie pour un prototype de capteur qu’ils développent.
Plus d’information:
Shigenori Utsumi et al. Capacité de stockage d’énergie nanomécanique géante dans des cordes torsadées de nanotubes de carbone à paroi simple, La nanotechnologie naturelle (2024). DOI: 10.1038/s41565-024-01645-x