أنابيب الكربون النانوية أحادية الجدار (SWCNTs)تستخدم على نطاق واسع في أنواع مختلفة من البطاريات. فيما يلي أنواع البطاريات التي تجد فيها SWCNTs التطبيق:

1) المكثفات الفائقة:
تعمل الأنابيب النانوية الكربونية (SWCNT) كمواد قطبية مثالية للمكثفات الفائقة نظرًا لمساحة سطحها العالية المحددة وموصليتها الممتازة. إنها تتيح معدلات تفريغ شحن سريعة وتظهر ثباتًا رائعًا للدورة. من خلال دمج SWCNTs في البوليمرات الموصلة أو أكاسيد المعادن، يمكن تحسين كثافة الطاقة وكثافة الطاقة للمكثفات الفائقة.

2) بطاريات ليثيوم أيون:
في مجال بطاريات الليثيوم أيون، يمكن استخدام الأنابيب النانوية الكربونية كإضافات موصلة أو مواد قطب كهربائي. عند استخدامها كإضافات موصلة للكهرباء، تعمل الأنابيب النانوية الكربونية الملحية على تحسين موصلية مواد الأقطاب الكهربائية، وبالتالي تحسين أداء الشحن والتفريغ للبطارية. وباعتبارها مواد قطب كهربائي بحد ذاتها، توفر الأنابيب النانوية الكربونية مواقع إضافية لإدخال أيونات الليثيوم، مما يؤدي إلى زيادة السعة وتعزيز استقرار دورة البطارية.

3) بطاريات أيون الصوديوم:
لقد اكتسبت بطاريات أيون الصوديوم اهتمامًا كبيرًا كبدائل لبطاريات أيون الليثيوم، وتوفر الأنابيب النانوية الكربونية النانوية آفاقًا واعدة في هذا المجال أيضًا. بفضل الموصلية العالية والاستقرار الهيكلي، تعد الأنابيب النانوية الكربونية الاختيارية خيارًا مثاليًا لمواد أقطاب بطارية أيون الصوديوم.

4) أنواع البطاريات الأخرى:
بالإضافة إلى التطبيقات المذكورة أعلاه، تظهر الأنابيب النانوية الكربونية النانوية إمكانات في أنواع البطاريات الأخرى مثل خلايا الوقود وبطاريات الزنك والهواء. على سبيل المثال، في خلايا الوقود، يمكن أن تعمل الأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار كمحفز داعم، مما يعزز نشاط واستقرار المحفز.

دور SWCNTs في البطاريات:

1) إضافات موصلة: يمكن إضافة الأنابيب النانوية الكربونية ذات الموصلية الكهربائية العالية كمضافات موصلة إلى إلكتروليتات الحالة الصلبة، مما يحسن موصليتها وبالتالي تعزيز أداء الشحن والتفريغ للبطارية.

2) مواد القطب الكهربائي: يمكن أن تعمل الأنابيب النانوية الكربونية كركائز لمواد القطب الكهربائي، مما يتيح تحميل المواد الفعالة (مثل معدن الليثيوم والكبريت والسيليكون وما إلى ذلك) لتحسين التوصيل والاستقرار الهيكلي للقطب الكهربائي. علاوة على ذلك، توفر المساحة السطحية العالية للشبكات SWCNT مواقع أكثر نشاطًا، مما يؤدي إلى زيادة كثافة طاقة البطارية.

3) المواد الفاصلة: في بطاريات الحالة الصلبة، يمكن استخدام الأنابيب النانوية الكربونية كمواد فاصلة، مما يوفر قنوات نقل أيونية مع الحفاظ على القوة الميكانيكية الجيدة والاستقرار الكيميائي. يساهم الهيكل المسامي للأنابيب SWCNT في تحسين التوصيل الأيوني في البطارية.

4) المواد المركبة: يمكن تركيب الأنابيب النانوية الكربونية النانوية مع مواد إلكتروليتية صلبة لتكوين إلكتروليتات مركبة، تجمع بين الموصلية العالية للأنابيب النانوية الكربونية النانوية وسلامة إلكتروليتات الحالة الصلبة. تعمل هذه المواد المركبة كمواد إلكتروليتية مثالية لبطاريات الحالة الصلبة.

5) مواد التعزيز: يمكن للأنابيب النانوية الكربونية أن تعزز الخواص الميكانيكية للإلكتروليتات ذات الحالة الصلبة، مما يحسن الاستقرار الهيكلي للبطارية أثناء عمليات تفريغ الشحن ويقلل من تدهور الأداء الناجم عن تغيرات الحجم.

6) الإدارة الحرارية: بفضل موصليتها الحرارية الممتازة، يمكن استخدام الأنابيب البلاستيكية النانوية كمواد للإدارة الحرارية، مما يسهل تبديد الحرارة بشكل فعال أثناء تشغيل البطارية، ويمنع ارتفاع درجة الحرارة، ويحسن سلامة البطارية وعمرها.

في الختام، تلعب SWCNTs دورًا حاسمًا في أنواع البطاريات المختلفة. تتيح خصائصها الفريدة تحسين التوصيل، وتحسين كثافة الطاقة، وتعزيز الاستقرار الهيكلي، والإدارة الحرارية الفعالة. ومع المزيد من التقدم والأبحاث في مجال تكنولوجيا النانو، من المتوقع أن يستمر نمو استخدام الأنابيب النانوية الكربونية في البطاريات، مما يؤدي إلى تحسين أداء البطارية وقدرات تخزين الطاقة.