用于储能和电子工业的垂直排列的单壁碳纳米管

劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)的科学家们在金属箔上创造了垂直排列的单壁碳纳米管，这可能是储能和电子行业的福音。

垂直排列的碳纳米管(VACNT)具有出色的机械、电气和传输特性以及排列的结构，这对于膜分离、热管理、纤维纺丝、电子互连和能量存储等应用至关重要。

迄今为止，由于缺乏兼容、经济、大规模生产能力，VACNT广泛集成到下一代技术中受到阻碍。高质量的VACNT通常在硅(Si)或石英晶片等刚性、昂贵且电绝缘的基板上制成。

在探索科学文献中的金属箔选项后，LLNL团队转向使用Inconel金属基板，使他们能够将VACNT集成到柔性设备中，消除从Si到其他基板的转移步骤，并最大限度地减少CNT与基板之间界面处的电或热传输电阻，这对电子和储能应用至关重要。Inconel是一种镍铬基超级合金，是一种抗氧化腐蚀材料，非常适合在承受压力和热量的极端环境中使用。

LLNL科学家Francesco说：“将高质量CNT的生长从传统的Si基板过渡到金属箔，为多功能CNT复合材料、纳米多孔膜和电化学设备的更经济、大规模、半连续和卷对卷制造打开了大门。”Fornasiero，发表在ACSAppliedMaterials&Interfaces杂志上的一篇论文的合著者。

在金属箔上合成高质量的单壁碳纳米管(SWCNT)对于储能设备尤其有价值，例如锂离子电池(LIB)。虽然石墨材料是常见的LIB阳极，但它们的容量无法满足快速发展的储能需求。

“CNT的高表面积和出色的电子导电性使它们成为高容量、高速率电化学应用的主要候选者，”该论文的第一作者LLNL科学家KathleenMoyer-Vanderburgh说。“特别是，在金属箔上生长的VA-SWCNT可以提供无粘合剂的平台，在SWCNT和集电器之间具有很强的粘附性，增强的导电性和对齐通道可实现快速锂离子扩散。”

LLNL团队在Inconel金属上种植了垂直排列的SWCNT森林，用作LIB阳极。团队成员发现CNT森林在各种合成条件和多种金属基板上几乎不变的结构特性。制造的VA-SWCNTLIB阳极即使在高循环率下也显示出数百次循环的稳定循环和大容量。

LLNL科学家JianchaoYe说：“我们的结果表明，这些在Inconel金属上的单壁碳纳米管是用于高性能电化学设备的有前途的材料。”