Фотография и схематическое изображение (вставка) увеличенного образца вертикально ориентированных одностенных углеродных нанотрубок (ВА-ОУНТ), выращенных на металлической фольге инконель. На боковых рисунках показаны полуэлементы на основе анодов VA-SWCNT, светящихся красными, желтыми и зелеными светодиодами. Предоставлено: Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса.

На сегодняшний день широкой интеграции VACNT в технологии следующего поколения препятствует отсутствие совместимых, экономических возможностей массового производства. Высококачественные VACNT обычно изготавливаются на таких подложках, как кремниевые (Si) или кварцевые пластины, которые являются жесткими, дорогими и электроизолирующими.

Изучив варианты металлической фольги в научной литературе, команда LLNL обратилась к металлическим подложкам из инконеля, позволяющим интегрировать VACNT в гибкие устройства, исключить этап переноса с кремния на другие подложки и минимизировать электрические или тепловые сопротивления на границе раздела между УНТ и подложкой, что имеет решающее значение для электронных приложений и приложений для хранения энергии. Inconel — это семейство суперсплавов на основе никеля и хрома, которые представляют собой устойчивые к окислению и коррозии материалы, хорошо подходящие для работы в экстремальных условиях, подверженных давлению и нагреву.

«Переход производства высококачественных УНТ с традиционных кремниевых подложек на металлическую фольгу открывает двери для более экономичного, крупномасштабного, полунепрерывного производства многофункциональных УНТ-композитов, нанопористых мембран и электрохимических устройств», — сказал ученый из LLNL Франческо. Fornasiero, соавтор статьи, опубликованной в журнале ACS Applied Materials & Interfaces.

Синтез высококачественных однослойных УНТ (ОУНТ) на металлической фольге был бы особенно полезен для накопителей энергии, таких как литий-ионные батареи (ЛИА). Хотя графитовые материалы являются обычными анодами ЛИА, их емкость не соответствует быстро меняющимся потребностям в хранении энергии.

«Большая площадь поверхности и исключительная электронная проводимость УНТ делают их главными кандидатами для высокопроизводительных и высокоскоростных электрохимических приложений», — сказала ученый LLNL Кэтлин Мойер-Вандербург, ведущий автор статьи. «В частности, VA-SWCNT, выращенные на металлической фольге, могут обеспечить свободную от связующего вещества платформу с сильным сцеплением между SWCNT и токосъемником, повышенной проводимостью и выровненными каналами для быстрой диффузии ионов лития».

Команда LLNL вырастила леса вертикально выровненных SWCNT на металле Inconel для использования в качестве анода LIB. Члены группы обнаружили почти неизменные структурные свойства лесов УНТ в широком диапазоне условий синтеза и для нескольких металлических подложек. Изготовленный анод ЛИА на основе ВА-ОУНТ продемонстрировал стабильное циклирование в течение сотен циклов и большую емкость даже при высоких скоростях циклирования.

«Наши результаты показывают, что эти SWCNT на металлическом инконеле являются многообещающими материалами для высокоэффективных электрохимических устройств», — сказал ученый LLNL Цзяньчао Е.