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钻石是储能的未来吗？

时间：2022-03-26 12:16:31 来源：

可再生能源和电动汽车（EV）的发展激励着科学家们探索各种方法来解决有效储能问题，这是广泛采用绿色能源技术的关键。

大多数研究都集中在电池上，如何使锂离子电池更安全，更高效，或者如何在电池中使用其他更便宜的元素。

以前的大多数研究都集中在电池中的化学存储和电化学反应上。

现在，澳大利亚昆士兰科技大学（QUT）的研究人员正在提出一种基于包含钻石的纳米结构的机械性能的设计方案，该结构可能用于机械能量存储设备，包括电池，生物医学传感系统，可穿戴设备以及小型机器人和电子设备。

金刚石纳米线（DNT）束的机械功能在拉伸或扭曲时具有储存和释放能量的潜力。这些钻石纳米线束由一维碳线组成。

昆士兰科技大学材料科学中心的詹海飞博士在一份声明中说：“类似于压缩线圈或儿童发条玩具，能量可以通过扭曲的束散开而释放。”

詹和他的同事发现，钻石束具有很高的能量密度，即系统包含的能量与其质量相比要多少。该团队成功地模拟了DNT束的机械能存储和释放能力，并在《自然通讯》上发表了他们的研究论文。

该模型只是团队研究与电化学能量存储相比机械能量存储潜力的第一步。科学家们现在计划设计一个实验性的纳米级机械能系统作为概念验证，并将在接下来的两年中建造该系统，该系统将控制纳米线束的扭曲和拉伸。

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尽管事实上对金刚石纳米线的研究还处于早期阶段，但初步实验显示出令人鼓舞的结果。昆士兰理工大学的科学家说，与锂离子电池相比，钻石纳米线束的能量密度高达三倍。

詹博士说：“能量密集型材料在许多应用中都非常重要，这就是为什么我们一直在寻找性能仍然很好的轻质材料的原因。”

高能量密度和低重量的材料可能是解决如何将高能量潜力包装到轻型储能系统中的重大突破。

由于重量轻，钻石纳米线可以在航空电子中找到应用。昆士兰理工大学的研究人员说，由于其能量存储潜力具有机械性质而非电化学性质，因此钻石束可用于植入的监测心脏和大脑功能的生物医学传感系统。并且，对于电池而言，能量的机械性质将比锂离子电池中的电化学反应更安全。

詹博士说：“与使用电化学反应存储和释放能量的锂离子电池等化学存储不同，机械能系统本身的风险要低得多，”詹博士说。

机械式储能系统是储能领域中许多最新的研究项目和创新之一。科学家和公司已经证明，热，重力或地热能可用于存储和释放能量。

尽管锂离子电池是当前最流行且使用最广泛的能量存储解决方案，但未来可能存在于使用机械能而非化学能的纳米结构中。

根据美国能源部的国家可再生能源实验室（NREL），可用可再生技术的成本不断下降，引起了人们对储能和各种改善储能系统解决方案的浓厚兴趣。

“存在误解。NREL电力系统设计和规划部门经理Adarsh Nagarajan表示，通常将存储视为电化学存储或电池存储。NREL致力于将可再生能源整合到电网中。

“存储超出了电池范围。其超越电化学。它的范围更广。”


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