Nanoteknologi kan give bedre batterier, som ville kunne forbedre funktionen af talrige elektriske komponenter, lige fra mobiltelefoner til elektriske biler og missilbaserede våbensystemer.

Traditionelle batterier har ikke udviklet sig meget fra det grunddesign, som blev udviklet af Alessandro Volta i det 19. århundrede. Men nu har forskere på MIT’s Laboratory for Electromagnetic and Electronic Systems (LEES) for første gang i 200 år udviklet et teknologisk og økonomisk attraktivt alternativ til det traditionelle batteri.

Joel E. Schindall og John G. Kassakian har sammen med Ph.D.-forskeren Riccardo Signorelli og andre forskere udviklet et batteri med nanorør, hvor energilageret er som i en såkaldt “ultrakapacitor”.

Kapacitorer lagrer energi som et elektrisk felt, hvilket gør dem mere effektive end almindelige batterier, som får deres energi fra kemiske reaktioner.

Ultrakapacitorer er kapacitor-baserede lagerceller, som giver hurtige og kraftige udledninger af øjeblikkelig energi. De anvendes undertiden i biler med brændselsceller for at give bilen et ekstra kraftigt energitilskud til at accelerere den i trafikken eller op ad stejle bakker. Imidlertid må ultrakapacitorer være meget større end batterier for at indeholde den samme ladning. Den nye opdagelse fra MIT vil kunne forøge lagerkapaciteten af eksisterende kommercielle ultrakapacitorer ved at oplagre de elektriske felter på atomniveau.

Skønt ultrakapacitorer har været kendt siden 1960′erne er de relativt kostbare og de er først for nylig blevet produceret i tilstrækkelige mængder til at være rimeligt økonomiske i brug. I dag findes ultrakapacitorer bl.a. i computere og biler. Men på trods af deres umiddelbare fordele såsom levetider på over 10 år, ufølsomhed overfor temperaturudsving, slag og vibration samt deres høje ladnings- og afladningseffektivitet, er der fysiske begrænsninger for elektrode-overfladearealet og deres størrelse, hvilket begrænser ultrakapacitorer til et energilager, som højst er ca. 25 gange mindre end et lithium-ion batteri af tilsvarende størrelse.

Den nye ultrakapacitortype har derimod en kapacitet, der kan overvinde denne begrænsning: Det opnås ved at bruge lodretstillede, enkeltvæggede carbon-nanorør, som i tværsnit er omkring en 30-tusindedel af tværsnittet af et menneskehår, men 100.000 gange længere end de er brede.

Lagringskapaciteten i en ultrakapacitor er proportional med overfladearealet af elektroderne. Nutidens ultrakapacitorer anvender elektroder, som er fremstillet af aktiveret kul, som er ekstremt porøst og derfor har en meget stor overflade. Porerne i aktiveret kul har imidlertid uregelmæssig størrelse og form, hvilket nedsætter effektiviteten. De lodretstillede nanorør i LEES-ultrakapacitoren har en regelmæssig form, og størrelsen er kun nogle atomdiametre i bredden. Det betyder, at de er meget mere effektive, fordi det effektive overfladeareal er meget større, og lagerkapaciteten er tilsvarende meget større.

De nye nanotube-baserede ultrakapacitorer ville kunne fremstilles i en hvilken som helst af de størrelser, som anvendes i dag, og de ville kunne produceres ved hjælp af kendt teknologi.

De rummer derfor mulighed for at forbedre de allerede kendte gode egenskaber ved ultrakapacitorer, samtidig med at de ville kunne levere energilagre, som er lige så tætte som i batterier. De ville derfor kunne kombinere ultrakapacitorernes lange levetid og kraftige energiudladning med den høje energilagertæthed, som i dag kun kendes fra kemiske batterier. (4432). Læs mere her.