碳纳米管电池研究进展

碳纳米管材料及碳纳米管电池研究进展1、纳米材料纳米材料是80年代发展起来的新型材料，被美国材料科学誉为“21世纪最有前途的材料”。与一般粗晶材料相比，具有硬度强度大、低密度、低弹性模量、高电阻、低热导等优点。纳米材料的研究主要集中在以下几方面：纳米陶瓷材料、纳米金属材料、纳米磁性材料、纳米催化材料、纳米半导体材料、纳米复合材料、纳米聚合物材料、碳纳米管等。2、碳纳米管碳纳米管是由类似石墨结构的六边形网格卷绕而成的、中空的“微管”,分为单层管和多层管。多层管由若干个层间距约为0.34纳米的同轴圆柱面套构而成。是一种有着特殊结构和性质的新型材料，具有奇特的物化性能，特别是其优异的各向异性力、热、光、电特性。其导热性是铜的5倍；它的拉伸强度达到50～200GPa,是钢的100倍,密度却只有钢的1/6；其导电性根据结构的不同而异,可以是导体、绝缘体、半导体,甚至可以仅次于超导体。在导电材料领域，碳纳米管是完全有希望和传统的导电炭黑相竞争的。碳纳米管(CNTs)作为锂离子电池负极材料的添加剂，和独特的结构有广泛的应用：大容量电容器电极材料、储氢材料、场发射材料等。纳米管的制备方法主要有：电弧法、催化法、等离子体喷射沉积法、金属催化热分解法、电解法等。其中最典型的制备方法是电弧法和催化法。多壁碳纳米管碳纳米管多壁碳纳米管3碳纳米管产业的现状3.1国内方面研究进展：碳纳米管的制备工艺及应用生产工艺、专利技术、相关文献资料等，在国内已有较多的研究与报道，关于这方面的技术资料也很多。；）。据了解，亚洲最大碳纳米管生产基地落户深圳。2005年，湖北华中师范大学贾志杰团队以推动碳纳米管生产的规模化和商品化为目标，进行了前期的生产工艺研究，采用催化裂解法合成了碳纳米管，并对催化剂配制工艺和裂解工艺改进、优化，以及连续批量生产前期基础研究，实现了多壁碳纳米管连续、稳定地工业化大批量生产。其经济技术指标：生产成本小于5元人民币/克碳纳米管。（=665）目前技术成熟度已通过湖北省科技厅主持的技术成果鉴定，达到国内先进水平。并想通过技术转让、合作开发两种方式寻求合作伙伴。中科院苏州纳米技术与纳米仿生研究所陈韦课题组在利用液晶相制备高度有序碳纳米管复合材料研究方面，取得新的进展。三星综合技术院朴玩浚(43岁)博士研究组表示，全球最先开发出了在常温下合成纳米技术的核心材料“碳纳米管”的技术。中科院高科技项目“碳纳米管的低成本生产技术”合作转让。技术特点：以废旧塑料为原材料，采用全新的技术途径，利用常规生产设备，通过分散、热处理、分离方法合成碳纳米管，是中国科学院理化技术研究所独家拥有的发明专利新技术。该工艺具有原料来源广泛、价格低廉、能耗低、环境友好、产品质量好、成本低等特点。采用本项专利技术建成年产100吨规模的生产线，其设备投资为30万元左右，生产成本可控制在5万元/吨以内。目前国内外该类产品的最低价格高于200万元/吨。因此，该项目的竞争优势和市场效益显著。3.2国外研究进展多层碳纳米管的生产，世界范围内现在公开报道的主要有6家百吨级规模的工业试验生产装置在运转，都是采用的化学气相沉积法的路线：1、德国bayer公司的碳纳米管项目，预计年产200吨；2、法国arkeman公司，预计年产200吨；3、比利时nanocyl公司，预计年产200吨；4、美国cnano公司，运营在美国，生产基地在北京，预计年产500吨；5、美国hyperion公司，产量未知，最早开发碳纳米管商业应用的公司；6、日本昭和电工（ShowaDenkoK.K），预计年产400吨。4碳纳米管电池碳纳米管电池是一种贮能器件，这种器件奇特之处在于其功能既像高能量电源，又像大功率超级电容器。还有一项特点是可利用人的血液或汗液对电池充电。据专家人士预言：碳纳米管电容式充电电池从实用性来说最终会引领未来新能源。碳纳米管的应用非常广泛：可用于锂离子电池负极材料，构建电双层电容器电极材料用于储能。据报道，美国科学家利用碳纳米管将锂电池和电容器结合起来，构建了新型高容量的碳纳米管电池。关于碳纳米管电池的研究进展总结如下：4.1国内外碳纳米管研究进展：美国麻省理工学院科学家已发现一种制造碳纳米管的方法，可以将电池及超级电容相结合，制造出可以快速储存、输出大量能量蓄电装置，为电动客车提供一种理想解决方案。具体的实验方法是：在实验室中使用多层含碳纳米管制造电池的正极，同时使用锂钛氧化物制造电池的负极，电池电极厚度仅为几微米。该锂电池单位重量的能量输出比传统的电化学电容器要高出5倍，功率输出比传统的锂离子电池高出10倍，循环使用寿命超过数千次。但目前这种含碳纳米管电池仍仅处于实验室研发阶段。制约这种新型电池普及的主要原因在于，含碳纳米管基板在制成电池电极之前需要在两种不同的电池溶解液中浸泡，而这一过程极其费时。麻省理工大化学工程系教授保拉-哈蒙德（PaulaHammond）研究团队目前提出的最可行解决方法为通过向含碳纳米管基板喷洒可替代性物质取代其在电池溶解液中浸泡的耗时过程。麻省理工大科学家制造新手机电池的原材料-----含碳纳米管韩国电力研究院光电研究小组在世界上首次成功地开发出利用碳纳米管替代铂的色敏太阳能电池（DSC）。色敏太阳能电池像植物的叶绿素那样．利用反应于太阳光中的染料生成电能。开发的子模块是被用作电极的10cm大小四方形碳纳米管。作为既科学又稳定的介质，使用具有优良特性的碳纳米管替代高价的铂．可以大幅度削减成本另外，美国科学家8月12日宣布，他们已发明出一种分量极轻，可以随意弯曲，并且能够生物降解的纸电池。纸电池一面为白色，另一面因含有碳纳米管而呈现黑色，电解液为含铁溶液，碳纳米管和金属锂分别代表两个电极，电极和电解液均被“嵌”在纸中，纸中的纤维素则具有隔离膜的作用。可以和太阳能电池结合起来，储存电量，待到需要时才发电；还可以利用纸电池的原理制造出一种特殊车门，在汽车运行中提供电能。不过大批量生产廉价纸电池的途径还在进一步探索中。可随意弯曲的纸电池摩托罗拉于2007年3月7～9日在美国迈阿密举办的“SmallFuelCells2007”上，就该公司正在开发的使用单壁碳纳米管（SWNT）作为电极的MEA（膜电极复合体）在燃料电池中的应用和甲醇改质型燃料电池发表了演讲，主要是利用半导体技术制造三维超小型燃料电池。广州多所研究院、高校，中国科学院金属研究所、华中科技大学等多所高校对碳纳米管、碳纳米管复合导电剂做电池负极材料的性能、应用等方面都有研究，取得了一定的理论基础。北京纳辰科技发展有限责任公司（公司网址）有相关的销售碳纳米管电池的信息，但是具体信息不详，我已初步向他们发出e-mail，咨询相关的问题。现任TCL金能电池有限公司研究开发中心总经理刘培松长期从事聚合物锂离子电池材料与新产品开发工作。今年来，对碳纳米管用作锂离子电池的负极材料方便也展开了较系统的研究。国内各大高校、研究所等在在碳纳米管电池领域的研究，可以预见其商业化的可能性，又向前迈出了坚实的一步。