碳納米管新用途 MIT將它做成無毒的便攜式電源

材料牛注：目前，麻省理工的研究者們想出了一種產電的替代系統，該系統對熱量加以利用，且未使用金屬或有毒材料。

從智能手機和計算機到電動汽車，電池是現代生活中普遍存在的電源設備。不過大多數電池由有毒材料（如鋰）制備，并且這些材料難以處理、供應有限。麻省理工學院研究團隊研發了一種新型電池，可將化學能轉換成電能，而不使用有毒材料。

這種新方法基于2010年麻省理工化學工程系的教授Michael Strano的發現：一個由碳納米管的微小碳柱體組成的導線逐步從一端到另一端加熱時，可以產生電流。例如可涂覆一種易燃材料，然后點燃一端，使其像導火線一樣燃燒起來。

2010年，該團隊公布了利用碳納米管產生太陽能的成果

這種發現代表了一種未知的現象，但是那個時期的實驗僅僅產生少量的電流。目前，Strano和他的團隊成千倍地提高了該過程的效率，制備了可以同現代最好的電池相比的裝置。然而，研究者們說道可能需要好幾年才能將理論轉化成商業化的產品。

最新的研究成果發表在Energy & Environmental Science期刊上。

把握技術變革

Strano說“這種發現確實很顯著，因為之前這種現象從未被研究過。”他團隊的大部分工作都不僅僅集中于提高該過程中的效率，也探索了其中的理論。他說道最新的實驗表明了理論與實驗結果的一致性，有力的證實了基本的機理。

從根本上說，熱脈沖驅使電子在碳納米管束中流動，就像沖浪者隨波浪運動一樣。

一個關鍵的發現，即有時熱脈沖產生單電壓，但有時會同時產生兩個不同的電壓，從而證實了該理論。Strano說道，“我們的數學模型描述了為什么會有那種現象發生。”然而其他理論并不能解釋。根據該團隊的理論，這種熱電能波分為兩種不同的部分，有時相互增強，有時相互削弱。

他還談到，“在效率方面的改善，將這種技術從實驗室應用到了其他便攜的能量技術。”例如鋰離子電池或燃料電池。在他們最新的描述中，這種設備在將熱能轉化為電能的效率上提高了1%。事實上，能量效率比以往發現報道提高了大約一千倍。

Strano指出，就效率而言，鋰離子科技需要25年的時間進行發展，然而這種科技僅需五分之一的發展時間。當鋰暴露在空氣中時，這種材料極易燃燒，與這種新設備中使用的燃料不同，這是一種更安全且可再生的資源。

一勺糖

最初的實驗使用潛在易爆炸的材料產生熱脈沖來驅動反應，然而新的研究工作采用了一種更溫和的燃料：蔗糖，也稱為常見的食糖。但是該團隊認為其他燃料能產生更高的效率。Strano談到，不同于其他針對于特定化學反應的科技，基于碳納米管的能量系統只依靠熱能工作，所以熱源更好的發展交換到系統中來改善其性能。

目前，該設備已經足以證明可以給簡單的電器（如LED燈）供電。Liu認為不同于長期儲存后會逐漸失電的電池，這種新的系統應當有幾乎無限的保存期。這使得該系統可用于超太空的探究，當其到達一個遙遠的星球后，需要大量且快速的能量攜帶數據信息。

此外，新的系統的在微型耐磨設備方面使用空間很大。Mahajan談到，電池和燃料電池的局限性使得其尺寸難以縮小，然而這種系統可縮減到很小的范圍，這也是該系統的獨特之處。

論文地址：Sustainable power sources based on high efficiency thermopower wave devices

原文參考地址：Nontoxic Way of Generating Portable Power Developed

感謝材料人編輯部楊洪期提供素材