一個研究組造出了一種存儲機械能的奈米材料,像發條一樣存儲和釋放能量。研究者稱,和化學電池比起來,這種電池更安全,加上其輕便的特點,在植入式設備、航太業等領域有大量用途。

這種材料是多股聚在一起的鑽石奈米細線——一維碳線束,當它們被擰起來或拉伸的時候,即以機械能的形式存儲著能量,類似發條和彈簧的原理。

研究負責人昆士蘭科技大學(QUT)材料科學研究中心的詹海飛(Haifei Zhan,譯音)說,這種碳結構在微觀電池領域有廣泛的應用,從監控心臟和大腦功能的植入式生物感應器,到小型機器人和電子設備等。

「不像化學電池,比如鋰離子電池,使用化學反應儲存和釋放能量,機械能系統相對風險低。高溫時化學電池可能會爆炸,低溫時又可能反應不充分。此外還有化學洩漏造成污染的風險。」詹海飛說。

「機械能電池沒有這些風險,因此它們在植入人體設備方面有重要用途。

「碳奈米線束還可以設計成接受電流、化學和光子各種形式激發。以前的研究顯示,這種結構能提起自身重量5萬倍的重量。」詹海飛說。

這個研究組發現,碳奈米線束的能量密度很不錯,即能量和材料質量之比:每公斤1.76MJ,是傳統鋼彈簧的45倍,可最高達鋰離子電池的3倍。

詹海飛說:「能量密度對於很多用途來說都很重要,因為它們質量小性能高。在航太業的用途是顯而易見的,如果我們能減輕系統的質量,能大幅節省燃油開支。

「奈米線束在下一代電纜、航太電子設備、場發射、電池、智慧紡織品和建築材料等方面都有潛在應用。」

這份研究近期發表在《自然-通信》(Nature Communications)期刊上。詹海飛說,他們研究組計劃在未來兩三年內,造出這種儲能系統的控制機制——控制奈米線擰轉和拉伸的運作機制。

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