大多数人希望能够快速而不是经常地为他们的手机和其他个人电子设备充电。加州大学圣地亚哥分校工程师最近的一项发现可能会导致基于碳纳米管的超级电容器可以做到这一点。最近的研究发表在应用物理快报上，加州大学圣地亚哥分校机械与航空航天工程系教授Prabhakar Bandaru和研究生Mark Hoefer发现人工引入的纳米管缺陷有助于超级电容器的发展。
“虽然电池具有较大的存储容量，但它们需要很长时间才能充电;而静电电容可以快速充电，但通常容量有限。但是，超级电容器/电化学电容器具有两者的优点，”Bandaru说。
碳纳米管(CNTs)已经被普遍誉为21的奇迹材料之一ST世纪，并已被广泛认为是在纳米技术革命迎来。它们是直径为1到100纳米的圆柱形结构，基于其具有大表面积与体积比的原子级完美结构，已被建议具有突出的结构，化学和电学特性。然而，在这样一个实际结构中，缺陷是不可避免的，这是UCSD工程研究生Jeff Nichols首先调查的一个方面，然后由Bandaru实验室的Hoefer大幅扩展。
“当我们研究它们作为化学传感器电极的用途时，我们首先意识到有缺陷的碳纳米管可以用于储能，”Hoefer说。“在我们的初步测试中，我们注意到我们能够创建可用于增加CNT电荷存储能力的带电缺陷。”
具体地，纳米管上的缺陷产生额外的电荷位点，增强了存储的电荷。研究人员还发现了通过用氩气或氢气轰击碳纳米管来增加或减少与缺陷相关的电荷的方法。
“重要的是要仔细控制这个过程，因为太多的缺陷会导致电导率恶化，这是首先使用碳纳米管的原因。良好的导电性有助于有效的电荷传输并增加这些器件的功率密度，” Bandaru补充道。
“从一开始，有趣的是，名义上被认为是完美的碳纳米管可以用于许多并入的缺陷，”他补充道。
研究人员认为，通过其工作获得的能量密度和功率密度实际上可能高于现有的电容器配置，这些配置存在与可靠性，成本差和电气特性差的问题。
Bandaru和Hoefer希望他们的研究能够在能量存储领域产生重大影响，这是当今的一个相关话题。“我们希望我们的研究能够激发未来利用碳纳米管作为电荷存储设备中电极的能量和功率密度更高的兴趣，”Hoefer说。
虽然仍需要进行更多的研究以找出这一发现的潜在应用，但工程师们认为这项研究可能导致各种商业应用，并希望更多的科学家和工程师将被迫在这一领域开展工作，Bandaru说。
同时，Hoefer表示，此类研究将有助于推动他未来的工程事业。“由于在纳米尺度上的发现，当前的工具和设备如何变得越来越高效且越来越小，这是非常了不起的，”他说。“我花在调查碳纳米管及其在雅各布斯学校的潜在用途的时间将为我的职业生涯做好准备，因为未来的研究将继续小型化的趋势，同时提高效率。”
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