Dr. Haifei Zhan, van het QUT Centrum voor Materiaalkunde, en zijn collega's hebben met succes de mechanische energieopslag en -afgiftecapaciteiten gemodelleerd van een diamantnanothread (DNT) -bundel - een verzameling ultradunne eendimensionale koolstofdraden die energie opslaan wanneer ze worden gedraaid of uitgerekt.

"Vergelijkbaar met een samengedrukte spoel of opwindspeelgoed voor kinderen, energie kan vrijkomen als de gedraaide bundel ontrafelt, "Zei Dr. Zhan.

"Als je een systeem kunt maken om het vermogen van de nanothread-bundel te regelen, zou het voor veel toepassingen een veiligere en stabielere oplossing voor energieopslag zijn."

De nieuwe koolstofstructuur zou een potentiële voeding op microschaal kunnen zijn voor alles van geïmplanteerde biomedische detectiesystemen die hart- en hersenfuncties bewaken, tot kleine robotica en elektronica.

"In tegenstelling tot chemische opslag zoals lithium-ionbatterijen, die elektrochemische reacties gebruiken om energie op te slaan en vrij te geven, een mechanisch energiesysteem zelf zou in vergelijking een veel lager risico met zich meebrengen, "Zei Dr. Zhan.

"Bij hoge temperaturen kunnen chemische opslagsystemen exploderen of niet meer reageren bij lage temperaturen. Deze kunnen ook lekken bij storing, chemische vervuiling veroorzaken.

"Mechanische energieopslagsystemen hebben deze risico's niet, dus maak ze meer geschikt voor mogelijke toepassingen in het menselijk lichaam.

"Koolstof nanodraadbundels kunnen worden gemaakt in op twist-gesponnen garen gebaseerde kunstmatige spieren die reageren op elektrische, chemische of fotonische excitaties.

"Eerder onderzoek heeft aangetoond dat zo'n structuur gemaakt met koolstofnanobuisjes 50 kan optillen, 000 keer zijn eigen gewicht."

Het team van Dr. Zhan ontdekte dat de energiedichtheid van de nanodraadbundel - hoeveel energie het kon opslaan voor zijn massa - 1,76 MJ per kilogram was, die 4-5 orders hoger was dan een conventionele stalen veer, en tot drie keer in vergelijking met Li-ion-batterijen.

"Energiedichte materialen zijn erg belangrijk voor veel toepassingen, daarom zijn we altijd op zoek naar lichtgewicht materialen die toch goed presteren.

"De voordelen voor lucht- en ruimtevaarttoepassingen zijn duidelijk. Als we het gewicht van een systeem kunnen verminderen, we kunnen de brandstofbehoefte en -kosten aanzienlijk verlagen."

De toepassing van koolstofnanodraadbundels als energiebron kan eindeloos zijn, volgens Dr. Zhan.

"De nanodraadbundels kunnen worden gebruikt in stroomtransmissielijnen van de volgende generatie, ruimtevaart elektronica, en veldemissie, batterijen, intelligent textiel en structurele composieten zoals bouwmaterialen.

Onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd door Natuurcommunicatie in de krant:"Mechanische energieopslag met ultrahoge dichtheid met koolstofnanodraadbundel, " en vormen de basis van Dr. Zhan's ARC Discovery-project - "A Novel Multilevel Modeling Framework to Design Diamond Nanothread Bundles."

Dr. Zhan en zijn team plannen nu de productie van een experimenteel mechanisch energiesysteem op nanoschaal als proof of concept.

Dr. Zhan zei dat het onderzoeksteam de komende twee tot drie jaar zou besteden aan het bouwen van het controlemechanisme voor het systeem om energie op te slaan - het systeem dat het draaien en uitrekken van de nanodraadbundel regelt.