由韓國科技部下屬的政府資助研究機構韓國材料科學研究所（Korea Institute of Materials Science,KIMS）復合材料研究部功能復合材料系的Kim Tae-hoon博士領導的研究團隊，與仁和大學Yang Seung-Jae教授的研究團隊合作，成功開發出世界上第一種同時實現高儲能能力和高強度的多功能碳納米管纖維。

現有的大多數儲能和結構材料只有一個特性，或者具有高強度或者具有高儲能能力。兩個研究團隊開發的材料使用了輕、強、導電性好的碳納米管纖維，同時獲得了上述兩種特性。研究團隊對碳納米管纖維進行表面處理，并通過誘導多孔碳的生長制備了高強度纖維型超級電容器（超級電容器是一種儲能裝置，其存儲容量比鋰二次電池小，但充電/放電速度比其他電池快得多）。這使得合成具有儲能特性的新纖維材料成為可能，同時保持了碳納米管纖維的強度。研究人員證實，這種纖維型超級電容器可以在支撐重物的同時穩定運行。

基于現有技術需要一種單獨的材料來支撐電池和負載，但新開發的材料可以成功地同時發揮這兩種作用，這對于為輕量化材料的發展指明一個新方向。特別是，多功能碳納米管纖維技術有望用于電動汽車、無人機和航空航天等需要減重的領域。該研究得到了KIMS能源生產和儲存材料融合性能紡織材料技術開發項目和韓國科學技術研究院4U復合材料開發項目的支持，該項目得到了韓國科技部的支持。此外，這項研究于1月5日發表在Science旗下期刊《Science Advances》上。

研究背景

現有的鋰二次電池，即儲能裝置本身，不能單獨承受機械負荷。另一方面，包括鋼和鋁在內的結構材料很堅固，它們當然不能儲存能量。如果一種材料既具有儲能能力，又具有優異的結構性能，那么它就可以成為車輛和無人機的外殼，來取代現有的電池，從而減輕重量，增加行駛距離。為此，需要一種輕質、具有優異機械強度和良好導電性的新材料來制造電池。唯一用于此目的的材料是碳納米管纖維。

技術特征

研究團隊合成了具有優異導電性和拉伸強度的碳納米管纖維，并誘導多孔碳的生長以儲存能量。此外，它們還增加了碳納米管纖維的強度，并進行了表面處理，使多孔碳能夠牢固地附著在纖維上，而不會從纖維上脫落。最終，成功地合成了一種多功能碳納米管纖維，這種纖維可以儲存能量，同時保持原有碳納米管纖維的強度和導電性。

而使用多功能碳納米管纖維的纖維型超級電容器具有優異的機械性能和儲能性能，遠遠優于傳統纖維型超級電容器。此外，纖維型超級電容器看起來像一根細線，在承受10千克重量的同時，能夠穩定地充放電。

這項研究表明，利用碳納米管纖維可以制造出具有結構和儲能性能的超級電容器纖維的新概念。基于碳納米管纖維制造和應用技術，研究團隊計劃進行后續研究，將研究結果應用于電磁波屏蔽、復合材料和二次電池。

據悉，雖然韓國在碳納米管纖維研發方面處于世界領先地位，但韓國國內還沒有一家公司生產出大量的標準化產品。美國亨斯邁是目前唯一一家將碳納米管纖維用于大規模生產的公司，該公司生產的CNT纖維僅供應給NASA和美國國防部，因此在私人市場上無法獲得。