Νανοσωλήνες άνθρακα μονού τοιχώματος (SWCNTs)χρησιμοποιούνται ευρέως σε διάφορους τύπους μπαταριών. Ακολουθούν οι τύποι μπαταριών στους οποίους βρίσκουν εφαρμογή τα SWCNT:

1) Υπερπυκνωτές:
Τα SWCNT χρησιμεύουν ως ιδανικά υλικά ηλεκτροδίων για υπερπυκνωτές λόγω της υψηλής ειδικής επιφάνειας και της εξαιρετικής αγωγιμότητας τους. Επιτρέπουν γρήγορους ρυθμούς φόρτισης-εκφόρτισης και παρουσιάζουν εξαιρετική σταθερότητα κύκλου. Με την ενσωμάτωση SWCNTs σε αγώγιμα πολυμερή ή οξείδια μετάλλων, η ενεργειακή πυκνότητα και η πυκνότητα ισχύος των υπερπυκνωτών μπορούν να βελτιωθούν περαιτέρω.

2) Μπαταρίες ιόντων λιθίου:
Στον τομέα των μπαταριών ιόντων λιθίου, τα SWCNTs μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως αγώγιμα πρόσθετα ή υλικά ηλεκτροδίων. Όταν χρησιμοποιούνται ως αγώγιμα πρόσθετα, τα SWCNT ενισχύουν την αγωγιμότητα των υλικών ηλεκτροδίων, βελτιώνοντας έτσι την απόδοση φόρτισης-εκφόρτισης της μπαταρίας. Ως υλικά ηλεκτροδίων, τα SWCNT παρέχουν πρόσθετες θέσεις εισαγωγής ιόντων λιθίου, οδηγώντας σε αυξημένη χωρητικότητα και βελτιωμένη σταθερότητα κύκλου της μπαταρίας.

3) Μπαταρίες ιόντων νατρίου:
Οι μπαταρίες ιόντων νατρίου έχουν κερδίσει μεγάλη προσοχή ως εναλλακτικές των μπαταριών ιόντων λιθίου και τα SWCNT προσφέρουν πολλά υποσχόμενες προοπτικές και σε αυτόν τον τομέα. Με την υψηλή αγωγιμότητα και τη δομική τους σταθερότητα, τα SWCNT αποτελούν ιδανική επιλογή για υλικά ηλεκτροδίων μπαταρίας ιόντων νατρίου.

4) Άλλοι τύποι μπαταριών:
Εκτός από τις προαναφερθείσες εφαρμογές, τα SWCNTs παρουσιάζουν δυνατότητες σε άλλους τύπους μπαταριών, όπως κυψέλες καυσίμου και μπαταρίες ψευδαργύρου-αέρα. Για παράδειγμα, στις κυψέλες καυσίμου, τα SWCNT μπορούν να χρησιμεύσουν ως υποστηρίγματα καταλύτη, ενισχύοντας τη δραστηριότητα και τη σταθερότητα του καταλύτη.

Ο ρόλος των SWCNTs στις μπαταρίες:

1) Αγώγιμα πρόσθετα: Τα SWCNT, με την υψηλή ηλεκτρική αγωγιμότητά τους, μπορούν να προστεθούν ως αγώγιμα πρόσθετα σε ηλεκτρολύτες στερεάς κατάστασης, βελτιώνοντας την αγωγιμότητά τους και βελτιώνοντας έτσι την απόδοση φόρτισης-εκφόρτισης της μπαταρίας.

2) Υλικά ηλεκτροδίων: Τα SWCNT μπορούν να χρησιμεύσουν ως υποστρώματα για υλικά ηλεκτροδίων, επιτρέποντας τη φόρτωση δραστικών ουσιών (όπως μέταλλο λιθίου, θείο, πυρίτιο κ.λπ.) για τη βελτίωση της αγωγιμότητας και της δομικής σταθερότητας του ηλεκτροδίου. Επιπλέον, η υψηλή ειδική επιφάνεια των SWCNT παρέχει περισσότερες ενεργές θέσεις, με αποτέλεσμα υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα της μπαταρίας.

3) Υλικά διαχωρισμού: Στις μπαταρίες στερεάς κατάστασης, τα SWCNTs μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως υλικά διαχωρισμού, προσφέροντας κανάλια μεταφοράς ιόντων, διατηρώντας παράλληλα καλή μηχανική αντοχή και χημική σταθερότητα. Η πορώδης δομή των SWCNT συμβάλλει στη βελτιωμένη αγωγιμότητα ιόντων στην μπαταρία.

4) Σύνθετα Υλικά: Τα SWCNTs μπορούν να συντίθενται με υλικά ηλεκτρολυτών στερεάς κατάστασης για να σχηματίσουν σύνθετους ηλεκτρολύτες, συνδυάζοντας την υψηλή αγωγιμότητα των SWCNTs με την ασφάλεια των ηλεκτρολυτών στερεάς κατάστασης. Τέτοια σύνθετα υλικά χρησιμεύουν ως ιδανικά ηλεκτρολυτικά υλικά για μπαταρίες στερεάς κατάστασης.

5) Υλικά οπλισμού: Τα SWCNTs μπορούν να ενισχύσουν τις μηχανικές ιδιότητες των ηλεκτρολυτών στερεάς κατάστασης, βελτιώνοντας τη δομική σταθερότητα της μπαταρίας κατά τις διαδικασίες φόρτισης-εκφόρτισης και μειώνοντας την υποβάθμιση της απόδοσης που προκαλείται από αλλαγές όγκου.

6) Θερμική διαχείριση: Με την εξαιρετική θερμική τους αγωγιμότητα, τα SWCNT μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως υλικά θερμικής διαχείρισης, διευκολύνοντας την αποτελεσματική απαγωγή θερμότητας κατά τη λειτουργία της μπαταρίας, αποτρέποντας την υπερθέρμανση και βελτιώνοντας την ασφάλεια και τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας.

Συμπερασματικά, τα SWCNT παίζουν καθοριστικό ρόλο σε διάφορους τύπους μπαταριών. Οι μοναδικές τους ιδιότητες επιτρέπουν αυξημένη αγωγιμότητα, βελτιωμένη ενεργειακή πυκνότητα, ενισχυμένη δομική σταθερότητα και αποτελεσματική διαχείριση της θερμότητας. Με περαιτέρω πρόοδο και έρευνα στη νανοτεχνολογία, η εφαρμογή των SWCNTs στις μπαταρίες αναμένεται να συνεχίσει να αυξάνεται, οδηγώντας σε βελτιωμένη απόδοση των μπαταριών και δυνατότητες αποθήκευσης ενέργειας.