Ученые создали УНТ в 100 раз прочнее стали!

Корейский научно-исследовательский институт электротехнологий (KERI) совершил прорыв в области технологий производства и применения углеродных нанотрубок (УНТ), разработав уникальный метод получения высокодисперсного порошка.  Эта инновация кардинально меняет подход к производству экологически чистых вторичных батарей, позволяя отказаться от энергозатратных и загрязняющих окружающую среду мокрых методов обработки в пользу сухой переработки.  Ключевое преимущество технологии KERI заключается в эффективном управлении агрегацией УНТ, что критически важно для их использования в качестве проводящих добавок в батареях.

Традиционно, УНТ, несмотря на свои исключительные свойства – электропроводность, сопоставимая с медью, и прочность, в сто раз превосходящая стальную, –  представляли собой серьезную технологическую проблему.  Их высокая склонность к агрегации, то есть склеиванию в плотные пучки, значительно затрудняла равномерное распределение в матрице батареи.  Это приводило к образованию неоднородной структуры, снижающей эффективность работы батареи, уменьшая её энергоёмкость и ухудшая циклические характеристики.  Даже незначительные скопления УНТ могли создавать участки с повышенным сопротивлением, препятствуя свободному току электронов и приводя к перегреву и преждевременному выходу батареи из строя.  Для преодоления этой проблемы использовались сложные и дорогостоящие мокрые методы диспергирования, включающие использование растворителей и диспергаторов, что увеличивало себестоимость производства и создавало дополнительные экологические риски, связанные с утилизацией использованных растворителей.

Технология KERI позволяет избежать этих недостатков.  Ученые разработали новый подход, основанный на точном контроле над процессом формирования и обработки УНТ, что позволяет получать порошок с высокой степенью дисперсности.  Это означает, что отдельные нанотрубки равномерно распределены, не образуя крупных агрегатов.  Подробности механизма, лежащего в основе этой технологии, пока не полностью раскрыты, однако известно, что он включает в себя оптимизацию параметров синтеза УНТ,  а также использование специальных методов обработки, которые предотвращают образование крупных агрегатов. Возможно, речь идёт о применении ультразвуковой обработки, контролируемого механического воздействия или специальных поверхностно-активных веществ, вводимых на этапе синтеза или последующей обработки,  которые не требуют применения растворителей на последующих этапах.

Применение сухой технологии диспергирования УНТ открывает перед производителями батарей совершенно новые возможности.  Отказ от мокрых методов существенно упрощает производственный процесс, снижает его стоимость и делает его более экологически чистым.  Сухая переработка исключает использование вредных растворителей и позволяет легко интегрировать УНТ в существующие технологические линии производства батарей.

Влияние на характеристики батарей также значительное.  Благодаря равномерному распределению УНТ в электроде,  обеспечивается более эффективная электропроводность, что приводит к увеличению плотности энергии, увеличению срока службы батареи и улучшению ее характеристик при высоких и низких температурах.  Кроме того, равномерное распределение УНТ улучшает адгезию активных материалов, что дополнительно способствует повышению эффективности и долговечности батареи.  Это особенно актуально для литий-ионных батарей, которые являются доминирующим типом батарей в современных электронных устройствах и электромобилях.  Однако потенциал технологии KERI простирается и на другие типы батарей,  например, литий-серные,  литий-воздушные и твердотельные батареи, где проблема агрегации УНТ стоит не менее остро.

В настоящее время команда KERI активно работает над масштабированием своей технологии для промышленного применения.  Успешное внедрение этой технологии может привести к революционным изменениям в производстве вторичных батарей,  позволив создавать более мощные, долговечные и экологически чистые источники энергии.  Это, в свою очередь, будет способствовать более широкому распространению электромобилей, портативной электроники и других устройств, использующих батарейные технологии,  при этом существенно сокращая негативное воздействие на окружающую среду.  Дальнейшие исследования будут направлены на оптимизацию процесса, снижение стоимости производства и расширение спектра применения высокодисперсного порошка УНТ  в различных областях, выходящих за пределы производства батарей, например, в композитных материалах, электронике и сенсорных технологиях.  Разработка KERI  — это не просто улучшение существующей технологии, это качественный скачок, открывающий новые горизонты в области наноматериалов и энергетики. Рекомендуем прочитать про новый полимер, который растягивается в 40 раз без потери прочности!

ИСТОЧНИК