神奇的碳材料纳米刷：刷新电池和超级电容器新高度

欧洲足球赛事 注：“刷子”可以提高电池和电容器效率？答案是肯定的，近来，NEC公司研究出了一种新型的纳米添加材料—碳纳米刷，这种新的材料可以有效提高蓄电池、传感器和电容器的效率。

纳米刷是由碳纳米角呈纤维状聚合而成的微米结构，这些顶针形状的纳米角直径约2-5nm，长度约为40-50nm。

和1998年NEC发现的纳米角一样，纳米刷具有水中分散性强且难以凝聚的特点，这使得他适用于导电剂和导电化合物。尽管两种材料十分相似，但是相比于相同长度的球形纳米角，纳米刷具有其10倍的电导率。

由球形碳纳米角聚合而成的NEC纳米刷

虽然目前对新材料的细节结构并非都清楚，但是NEC相信在生产过程中纳米刷随机聚集并通过中心的一维化学键呈纤维状连接。另一方面，纳米角是由直径大约100nm的球形聚集而成。一簇这样的纳米角之间可能会有空隙，因此导致电导率不同。

考虑到碳纳米刷的性能，NEC认为它们将有助于改善装置的很多性能，包括传感器的速度，响应时间以及蓄电池和电容器的输出。

“在电池方面，纳米刷将会主要用作阴极和阳极的导电剂来提高电流。” Ryota Yuge，新碳材料的发现者和NEC物联网设备研究实验室首席研究员。“因为其有助于降低电池内部电阻，我们估计电池快速充放电性能可提高15%。”

NEC指出，对于快速充电装置，这种材料将会变得很有吸引力。

Yuge同时也希望纳米刷可以用在传感器上，特别是那些经历形状改变的，比如温度和应变传感器以及需要灵活的柔性电子传感器。他认为，“可以在传感器的电极形成纳米刷的三维结构。因此，不管传感器形状的改变，电流对电压的关系依然呈线性关系。”

尽管没有对改善传感器速度进行有效的评估，但Yuge说电容器配合纳米刷预计电容量会有二到三倍的提升。

像纳米角一样，纳米刷可以在室温常压下生产。从本质上讲，通过高能激光照射大量碳的方式相对高效而廉价。

但是，这种方法会同时产生纳米刷和集聚的球形纳米角，研究者一直在寻找分离两种材料的方法。控制纳米刷的长度是另一个需要面对的挑战。不过，Yuge说他们在接下来的一年准备开始进行材料的采样。纳米角自2013年已经商业化。

参考原文：Nanobrushes: A New Carbon Material to Boost Batteries and Capacitors

本文由材料人编辑部曾庆辉提供素材，王飞编译，赵建伟审核，点我加入编辑部。