탄소 나노 튜브를 이용한 종이 전지
이 위대한 종이의 기록의 힘은 수 세기 동안 정제되어 왔고, 종이 안에 있는 섬유의 3차원적 다공성 구조를 이용한 잉크의 상호작용이 낳은 결과이다. 또한, 잘 제어된 전하 및 표면의 화학 반응은 잉크가 종이에 잘 붙어 있을 수 있게 한다. 놀라운 일이 아닐지 몰라도, 연구원들은 이미 접을 수 있는 전자소자 기술이나 유체 공학연구와 같은 출현하는 연구 분야에 종이를 적용하는 것을 모색하고 있다.
Yi Cui와 스탠퍼드 대학의 동료들에 의한 새로운 실험은 종이가 에너지 저장을 위한 저렴하고도 효과적인 방법으로 사용될 수 있다는 것을 보여주었다. 그들은 일반적인 종이에 잉크 혼합물, 은 나노와이어와 단일 벽 탄소 나노튜브(SWNTs)을 코팅하고 열로써 봉인하였다.
압연 탄소 단일 시트로써 알려진 SWNTs는 다양한 범위의 전자 속성을 가지고 있어서 이미 트랜지스터와 같은 간단한 전자 소자로써 이용되어 왔다. Cui와 그의 연구원들은 높은 전도성 외에도 SWNTs는 그들의 작은 직경으로 인하여 종이 안에 있는 작은 구멍에도 잘 달라붙는다는 것을 깨달았다. 테스트에서, 연구원들은 500nm 두께밖에 되지 않는 종이 코팅에 1 Ω만큼이나 낮은 저항을 주기 위하여 이 두 가지 속성을 결합했다. 또한, 그들은 그 소재가 1그램당 200F의 전기 용량을 가질 수 있다는 것을 증명했는데 이는 40만 전하 사이클을 유지할 수 있는 것이다. 이러한 코팅된 종이의 강력한 특성과 더불어 그들의 전기적 속성은 리튬 이온 충전식 배터리와 수퍼캐퍼시터의 성능과 용량을 향상시키는 것에도 적합하다고 연구원들은 주장한다.
연구원들은 또한 종이를 접거나 좁은 튜브 안에 말아서 넣더라도 그 전기 전도성은 같은 정도로 유지되기 때문에 그 유연성은 다양한 범위에 적용될 수 있다고 발표했다. “만약 내가 에너지 저장 장치를 가지고 있는 벽을 페인트 하고 싶다면, 단지 붓을 사용하면 된다.”라고 Cui가 말했다. 연구원들은 적용 예로써 접을 수 있는 슈퍼 캐페시터의 혜택을 얻을 수 있는 하이브리드차를 열거하였다. 그들은 또한 이 연구의 최대의 효과는 전력망에 있을 것이라고 예측한다. 즉, 밤에 발생되는 초과 전기 또는 풍력이나 태양에 의한 재생 에너지 등은 높은 수요 기간 동안에 쓰일 것을 대비하여 큰 규모로 저장될 수 있다.
Paper battery could boost energy storage
Many of the great ideas to have shaped the modern world have been communicated on paper. The beauty of this humble medium is that it can record information in such an enduring fashion. Now, paper itself is at the centre of a technological innovation that could play a part in the 21st-century quest for green-energy solutions.
The great recording power of paper, which has been refined over the centuries, results from the interaction of ink with the 3D porous structure of the fibres in the paper. In addition, well-controlled electrical charges and reactive chemicals on the surface help paper to cling onto its ink. Perhaps not surprisingly, researchers are already exploring options for applying paper to bourgeoning research fields such as flexible electronics and microfluidics.
Diverse tubes
New experiments by Yi Cui and colleagues at Stanford University in the US show that paper could also be used as a cheap and effective option for energy storage. They coated an ordinary piece of paper with a mixture of ink, single-walled carbon nanotubes (SWNTs) and silver nanowires before heating to seal the coating.
SWNTs – which can be thought of as rolled-up single sheets of carbon – possess a diverse range of electronic properties that have already been utilized for simple electronic devices such as transistors. Cui and his team realized that, in addition to being highly conductive, SWNTs can also adhere well to the pores in paper due to their small diameters.
In a series of tests, the researchers showed that these two properties combine to give their sheets a resistance as low as 1 Ω for a coating that was just 500 nm thick. Moreover, they demonstrated that the material has a specific capacitance of 200 F per gram, which is maintained over 40 000 charging cycles. These electrical properties as well as the robust nature of their coated paper would make it suitable for improving the performance of lithium-ion rechargeable batteries and supercapacitors, they claim.
Flexible options
The researchers also report that electrical conductivity is maintained at the same level even when the paper is folded or rolled up into a narrow tube – a flexibility that could lead to a diverse range of applications. "If I want to paint my wall with a conducting energy-storage device, I can use a brush," Cui says.
The researchers cite electric and hybrid cars as applications that could benefit from a flexible supercapacitor. They also predict that the biggest impact may be in the electricity grid. Excess electricity generated at night, or by renewables such as wind and solar, could be held in large-scale storage for use during periods of high demand.
This research was published in Proc. Natl Acad. Sci. USA.
Source : KISTI,
2009. 12 나노튜브+잉크+종이=배터리?
댓글 없음:
댓글 쓰기