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由韩国科技部下属的政府资助研究机构韩国材料科学研究所（Korea Institute of Materials Science,KIMS）复合材料研究部功能复合材料系的Kim Tae-hoon博士领导的研究团队，与仁和大学Yang Seung-Jae教授的研究团队合作，成功开发出世界上第一种同时实现高储能能力和高强度的多功能碳纳米管纤维。

现有的大多数储能和结构材料只有一个特性，或者具有高强度或者具有高储能能力。两个研究团队开发的材料使用了轻、强、导电性好的碳纳米管纤维，同时获得了上述两种特性。研究团队对碳纳米管纤维进行表面处理，并通过诱导多孔碳的生长制备了高强度纤维型超级电容器（超级电容器是一种储能装置，其存储容量比锂二次电池小，但充电/放电速度比其他电池快得多）。这使得合成具有储能特性的新纤维材料成为可能，同时保持了碳纳米管纤维的强度。研究人员证实，这种纤维型超级电容器可以在支撑重物的同时稳定运行。

基于现有技术需要一种单独的材料来支撑电池和负载，但新开发的材料可以成功地同时发挥这两种作用，这对于为轻量化材料的发展指明一个新方向。特别是，多功能碳纳米管纤维技术有望用于电动汽车、无人机和航空航天等需要减重的领域。该研究得到了KIMS能源生产和储存材料融合性能纺织材料技术开发项目和韩国科学技术研究院4U复合材料开发项目的支持，该项目得到了韩国科技部的支持。此外，这项研究于1月5日发表在Science旗下期刊《Science Advances》上。

研究背景

现有的锂二次电池，即储能装置本身，不能单独承受机械负荷。另一方面，包括钢和铝在内的结构材料很坚固，它们当然不能储存能量。如果一种材料既具有储能能力，又具有优异的结构性能，那么它就可以成为车辆和无人机的外壳，来取代现有的电池，从而减轻重量，增加行驶距离。为此，需要一种轻质、具有优异机械强度和良好导电性的新材料来制造电池。唯一用于此目的的材料是碳纳米管纤维。

技术特征

研究团队合成了具有优异导电性和拉伸强度的碳纳米管纤维，并诱导多孔碳的生长以储存能量。此外，它们还增加了碳纳米管纤维的强度，并进行了表面处理，使多孔碳能够牢固地附着在纤维上，而不会从纤维上脱落。最终，成功地合成了一种多功能碳纳米管纤维，这种纤维可以储存能量，同时保持原有碳纳米管纤维的强度和导电性。

而使用多功能碳纳米管纤维的纤维型超级电容器具有优异的机械性能和储能性能，远远优于传统纤维型超级电容器。此外，纤维型超级电容器看起来像一根细线，在承受10千克重量的同时，能够稳定地充放电。

这项研究表明，利用碳纳米管纤维可以制造出具有结构和储能性能的超级电容器纤维的新概念。基于碳纳米管纤维制造和应用技术，研究团队计划进行后续研究，将研究结果应用于电磁波屏蔽、复合材料和二次电池。

据悉，虽然韩国在碳纳米管纤维研发方面处于世界领先地位，但韩国国内还没有一家公司生产出大量的标准化产品。美国亨斯迈是目前唯一一家将碳纳米管纤维用于大规模生产的公司，该公司生产的CNT纤维仅供应给NASA和美国国防部，因此在私人市场上无法获得。

信息来源：公众号【碳纤维及其复合材料技术】

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