สักหลาดอิเล็กโทรดดัดแปลงของ CNT: ประสิทธิภาพ วิธีการ และการใช้งาน

กำไรจากประสิทธิภาพโดยตรงของ CNTs ดัดแปลงสักหลาดอิเล็กโทรด

สักหลาดอิเล็กโทรดดัดแปลงของ CNT ให้การปรับปรุงประสิทธิภาพที่วัดผลได้และสำคัญทั่วทั้งระบบจัดเก็บและการแปลงพลังงานไฟฟ้าเคมี ในแบตเตอรี่ไหลรีดอกซ์วาเนเดียม (VRFB) ขั้วไฟฟ้าสักหลาดกราไฟท์ที่ดัดแปลงโดย CNT บรรลุผลสำเร็จ ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน 76.39% ที่ 40 mA cm⁻² ซึ่งแสดงถึง a เพิ่มขึ้น 15% เหนือกราไฟท์บริสุทธิ์ซึ่งมีประสิทธิภาพการใช้พลังงานเพียง 61.48% ภายใต้สภาวะที่เหมือนกัน ประสิทธิภาพคูลอมบิกเพิ่มขึ้นเป็น 96.30% และประสิทธิภาพของแรงดันไฟฟ้าดีขึ้น 79.33% ด้วยการดัดแปลง CNT เทียบกับ 94.47% และ 65.08% ตามลำดับสำหรับสักหลาดที่ไม่มีการดัดแปลง

สำหรับการบำบัดน้ำเสียผ่านกระบวนการอิเล็กโทร-เฟนตัน CNT ที่ปลูกในแหล่งกำเนิดที่ส่วนต่อประสานคาร์บอนสักหลาด/ฟีนอลิกเรซินบรรลุผลสำเร็จ แร่ธาตุ 98% ของสีย้อม Acid Orange 7 azo หลังจากผ่านไป 4 ชั่วโมง เมื่อเปรียบเทียบกับเพียงเท่านั้น แร่ 55% ด้วยอิเล็กโทรดสักหลาดคาร์บอนดิบ การเปลี่ยนสีของสารละลายสีย้อมจะเสร็จสมบูรณ์ค่ะ น้อยกว่า 15 นาที ด้วยอิเล็กโทรดดัดแปลง CNT

ในเซลล์เชื้อเพลิงจุลินทรีย์ (เอ็มเอฟซี) รู้สึกว่าคาร์บอนถูกดัดแปลงด้วยความเข้มข้น CNT 4% w/v (CF/CNT2) ทำให้เกิด ความหนาแน่นของพลังงานสูงสุด 72.46 มิลลิวัตต์/ตรม และแรงดันไฟฟ้าเฉลี่ย 0.255 V ซึ่งก็คือ สูงขึ้น 436% ในความหนาแน่นของพลังงานเมื่อเปรียบเทียบกับแอโนดสักหลาดของคาร์บอนที่ไม่มีการดัดแปลง อัตราออกซิเดชันของกลูโคสถึง 95.97% และมวลไบโอฟิล์มเพิ่มขึ้นด้วย 255 ± 13 มก บนพื้นผิวแอโนดที่ถูกดัดแปลง

วิธีการสังเคราะห์และการปรับเปลี่ยนพื้นผิว

การประดิษฐ์สักหลาดอิเล็กโทรดดัดแปลงของ CNT เกี่ยวข้องกับเทคนิคที่ได้รับการยอมรับและเกิดขึ้นใหม่หลายประการ โดยแต่ละเทคนิคได้รับการปรับให้เหมาะกับความต้องการใช้งานเฉพาะและเป้าหมายด้านประสิทธิภาพ การสะสมไอสารเคมี (CVD) ยังคงเป็นวิธีการหลักในการปลูก CNT โดยตรงบนพื้นผิวที่สักหลาดคาร์บอน ช่วยให้เกิดพันธะระหว่างพื้นผิวที่แข็งแกร่งและสัณฐานวิทยาที่ควบคุมได้

การเจริญเติบโตของการสะสมไอสารเคมี

CNT ที่ปลูกด้วย CVD ได้รับการสังเคราะห์บนกราไฟท์สักหลาดโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นโลหะ เช่น นิกเกิลหรือเหล็ก โดยอะเซทิลีนหรือแหล่งคาร์บอนอื่นๆ จะสลายตัวที่อุณหภูมิสูง วิธีการนี้สร้าง CNT ที่มีจุดบกพร่องที่ได้รับการปรับปรุงบนระนาบขอบที่สัมผัสและเส้นทางการถ่ายโอนอิเล็กตรอนที่รวดเร็ว คอมโพสิต CNF/CNT ที่เกิดขึ้นบนคาร์บอนรู้สึกว่าช่วยปรับปรุงการรักษาความจุและประสิทธิภาพการใช้พลังงานในการใช้งานแบตเตอรี่แบบไหลได้อย่างมีนัยสำคัญ เนื่องจากความสามารถในการนำไฟฟ้าที่เสริมฤทธิ์กันของ CNT และพื้นที่ผิวสูงของเส้นใยนาโนคาร์บอน

การเจริญเติบโตในแหล่งกำเนิดผ่านการเร่งปฏิกิริยาเฟอร์โรซีน

ทางเลือกอื่นในแหล่งกำเนิดจะชุบคาร์บอนด้วยสารละลายฟีนอลิกเรซินที่มีแอลกอฮอล์ซึ่งมีผงเฟอร์โรซีนเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา คาร์บอไนเซชันภายใต้บรรยากาศไนโตรเจนที่ 750°ซ ส่งเสริมการเติบโตของ CNT ที่ส่วนต่อประสานของคาร์บอนสักหลาด/ฟีนอลเรซิน การสังเกต SEM ยืนยันการมีอยู่ของ CNT ในระดับการเติบโตที่แตกต่างกัน ในขณะที่รามานสเปกโทรสโกปี (อัตราส่วน ID/IG) จะตรวจสอบคุณภาพโครงสร้าง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การออกซิไดซ์คาร์บอนสักหลาดก่อนการบำบัดจะช่วยเพิ่มการผลิต CNT ในคอมโพสิตได้อย่างมาก วิธีการนี้ช่วยเพิ่มการนำไฟฟ้าของอิเล็กโทรดแบบคอมโพสิตได้อย่างเห็นได้ชัด โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อแผ่นสักหลาดคาร์บอนผ่านการปรับสภาพออกซิเดชันที่เป็นกรด

กลยุทธ์การเติมไนโตรเจน

ท่อนาโนคาร์บอนเจือไนโตรเจน (N-CNTs) ที่ปลูกบนกราไฟท์ที่สัมผัสได้ผ่าน CVD แสดงถึงความก้าวหน้าครั้งสำคัญ การเติมไนโตรเจนทำหน้าที่สำคัญสี่ประการ ได้แก่ ปรับเปลี่ยนคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ของ CNT และเปลี่ยนแปลงคุณลักษณะการดูดซับทางเคมีของวานาเดียมไอออน สร้างจุดบกพร่องที่เกิดปฏิกิริยาทางเคมีไฟฟ้า เพิ่มสายพันธุ์ออกซิเจนบนพื้นผิว CNT และทำให้เข้าถึงทางเคมีไฟฟ้าของ N-CNT ได้ง่ายกว่า CNT ที่ไม่มีการเจือ โครงสร้างรูพรุนที่ได้รับการเสริมสมรรถนะของ N-CNT บนกราไฟท์ช่วยให้เกิดการแพร่กระจายของอิเล็กโทรไลต์ ในขณะที่การเติมมีส่วนช่วยโดยตรงต่อประสิทธิภาพของอิเล็กโทรดที่ได้รับการปรับปรุง

การทำงานกับกลุ่มกรดซัลโฟนิก

CNT ที่ทำปฏิกิริยากับทอรีนซึ่งเตรียมโดยการบำบัด CNT ที่ถูกเติมคาร์บอกซิเลตในสารละลายทอรีนจะแนะนำกลุ่มกรดซัลโฟนิก (SO3H) ลงบนพื้นผิว หมู่ที่ชอบน้ำเหล่านี้เพิ่มตำแหน่งออกฤทธิ์สำหรับปฏิกิริยารีดอกซ์และทำหน้าที่เป็นพาหะสำหรับการถ่ายโอนมวลและเป็นสะพานสำหรับการถ่ายโอนประจุ การปรับเปลี่ยนที่เหมาะสมที่สุดเกิดขึ้นที่ 60°C เป็นเวลา 2 ชั่วโมง ซึ่งทำให้ CNT มีฤทธิ์ทางไฟฟ้าที่เหนือกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับ CNT ที่ถูกเติมคาร์บอกซิเลตที่บริสุทธิ์

สมรรถนะเคมีไฟฟ้าและจลนพลศาสตร์ของปฏิกิริยา

การปรับเปลี่ยน CNT โดยพื้นฐานแล้วจะเปลี่ยนพฤติกรรมเคมีไฟฟ้าของอิเล็กโทรดโดยการปรับปรุงจลนพลศาสตร์ของปฏิกิริยา ลดความต้านทานการถ่ายโอนประจุ และเพิ่มความสามารถในการกลับตัวของรีดอกซ์ การปรับปรุงเหล่านี้สามารถวัดปริมาณได้โดยใช้เทคนิคการกำหนดคุณลักษณะทางเคมีไฟฟ้ามาตรฐาน

โวลแทมเมทรีแบบวัฏจักรและการวิเคราะห์พีคของรีดอกซ์

สำหรับคู่รีดอกซ์ V3 /V2 ใน VRFB อิเล็กโทรดที่ดัดแปลงด้วย CNT จะแสดงกระแสแอโนดิกและแคโทดของ −0.132 เอ และ 0.068 เอ ตามลำดับ ซึ่งสูงกว่า. −0.065 A และ 0.021 A สังเกตด้วยอิเล็กโทรดที่ได้รับความร้อนด้วยกรด การแยกศักยภาพสูงสุด (ΔE) จะลดลงเมื่อมีการดัดแปลง CNT ซึ่งบ่งชี้ถึงความต้องการพลังงานกระตุ้นที่ลดลง และความเป็นไปได้ในการเกิดปฏิกิริยาที่ดีขึ้น ในทำนองเดียวกัน สำหรับคู่รีดอกซ์ VO2 /VO2 อิเล็กโทรดที่ดัดแปลงด้วย CNT จะแสดงการตอบสนองกระแสที่สูงขึ้นอย่างเห็นได้ชัดและการแยกตัวที่เป็นไปได้ที่ต่ำกว่า ซึ่งเป็นการยืนยันกิจกรรมทางไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นต่อคู่รีดอกซ์วาเนเดียมทั้งสอง

การลดความต้านทานการถ่ายโอนประจุ

อิเล็กโทรดอิมพีแดนซ์สเปกโทรสโกปี (EIS) แสดงให้เห็นว่าอิเล็กโทรดที่ดัดแปลงด้วย CNT มีความต้านทานการถ่ายโอนประจุ (Rct) ต่ำกว่าอิเล็กโทรดดั้งเดิมอย่างมาก ในการศึกษาเปรียบเทียบหนึ่ง อิเล็กโทรดดัดแปลงนาโนคอมโพสิต CNTs/LiFe2O3 บรรลุผลสำเร็จ Rct เพียงเท่านั้น 50.3 โอห์ม เมื่อเทียบกับ 1150.3 โอห์ม สำหรับอิเล็กโทรด LiFe2O3 บริสุทธิ์ และ 80.5 โอห์ม สำหรับอิเล็กโทรดที่ดัดแปลงเฉพาะ CNT เท่านั้น เส้นผ่านศูนย์กลางของครึ่งวงกลมในแปลง Nyquist สอดคล้องโดยตรงกับความต้านทานการถ่ายโอนอิเล็กตรอน และการรวมตัวของ CNT จะลดค่านี้อย่างต่อเนื่องโดยจัดให้มีเส้นทางที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าสูงสำหรับการขนส่งอิเล็กตรอน

การเพิ่มความหนาแน่นกระแสสูงสุด

ที่อิเล็กโทรดคาร์บอนคล้ายแก้วที่ดัดแปลงโดย CNT ความหนาแน่นกระแสโวลแทมเมทริกสูงสุดสำหรับปฏิกิริยารีดอกซ์ 2Br⁻/Br2 ถึง 16 มิลลิแอมป์ ซม.⁻² ซึ่งก็คือ สูงกว่า 2.5 เท่า มากกว่านั้นที่อิเล็กโทรดคาร์บอนที่เป็นแก้วที่บริสุทธิ์ การปรับปรุงนี้เป็นผลมาจากจำนวนไซต์ที่ใช้งานอยู่บนพื้นผิว CNT มากขึ้น ซึ่งแสดงให้เห็นถึงผลกระทบทางไฟฟ้าสูงของ CNT ต่อปฏิกิริยารีดอกซ์ที่ใช้โบรมีนในเซลล์ไหลของสังกะสีโบรมีน

การประยุกต์ในระบบกักเก็บพลังงาน

สักหลาดอิเล็กโทรดที่ได้รับการดัดแปลงของ CNT ได้แสดงให้เห็นถึงประโยชน์ใช้สอยที่ยอดเยี่ยมในการจัดเก็บพลังงานไฟฟ้าเคมีและแพลตฟอร์มการแปลงหลายรูปแบบ โดยมีแบตเตอรี่ไหลรีดอกซ์วานาเดียมและเซลล์เชื้อเพลิงจุลินทรีย์ซึ่งเป็นตัวแทนของการใช้งานที่มีการศึกษาอย่างกว้างขวางที่สุด

แบตเตอรี่วาเนเดียมรีดอกซ์โฟลว์

ในการทดสอบเซลล์เดียว VRFB แบตเตอรี่ที่ประกอบกับอิเล็กโทรดที่ดัดแปลงโดย CNT จะมีประสิทธิภาพเหนือกว่าแบตเตอรี่ที่ใช้กราไฟต์บริสุทธิ์อย่างสม่ำเสมอ ที่ความหนาแน่นกระแสไฟฟ้า 300 mA cm⁻² อิเล็กโทรดสักหลาดกราไฟท์ที่เคลือบด้วยซัลโฟเนต CNT จะได้ ประสิทธิภาพแรงดันไฟฟ้า 81.46% และ ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน 78.83% ซึ่งแสดงถึงการปรับปรุงของ 6.15% และ 6.12% ตามลำดับมากกว่าสักหลาดกราไฟท์ทั่วไป (75.31% และ 72.71%) ความจุการชาร์จเพิ่มขึ้นโดย 25.58% และความจุจำหน่ายโดย 26.92% เปรียบเทียบกับอิเล็กโทรดที่ไม่มีการดัดแปลง

กราไฟท์ที่ดัดแปลงด้วยท่อนาโนคาร์บอนหลายชั้นที่เติมไนโตรเจนด้วยคาร์บอกซิลทำให้ได้ค่าที่สูงขึ้นไปอีก ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน 80.54% ที่ 80 mA cm⁻² โดยประสิทธิภาพของแรงดันไฟฟ้าดีขึ้นจาก 72.05% (บริสุทธิ์) ถึง 84.28% . ประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นเป็นผลมาจากการทำงานร่วมกันของสารเจือปนไนโตรเจนและกลุ่มที่ประกอบด้วยออกซิเจน ซึ่งช่วยลดโพลาไรซ์เคมีไฟฟ้า และเพิ่มจลนศาสตร์ของปฏิกิริยาต่อปฏิกิริยารีดอกซ์ VO2 /VO2

เซลล์เชื้อเพลิงจุลินทรีย์

ใน เอ็มเอฟซี แบบสองช่อง คาร์บอนดัดแปลง MnO2-CNT รู้สึกว่าไบโอแอโนดบรรลุผลสำเร็จ ความหนาแน่นของพลังงานสูงสุด 3471.6 mW m⁻³ ซึ่งก็คือ สูงกว่า 1.96 เท่า กว่าแอโนด CF/CNT (1772.6 mW m⁻³) และมากกว่าแอโนดที่ใช้คาร์บอนทั่วไปอย่างมาก แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดถึง 899 มิลลิวี เปรียบเทียบกับ 611 mV สำหรับแอโนดที่ไม่มีการดัดแปลง ที่แรงดันเอาต์พุต 450 mV ความหนาแน่นกระแสของขั้วบวกที่ถูกดัดแปลงคือ 1.19 ตร.ม ซึ่งก็คือ 4.1 times higher than the control.

ความจุประจุทั้งหมดของไบโอแอโนดแบบคาปาซิทีฟถึงแล้ว 8777.1 ตรม.⁻² ในระหว่างรอบการชาร์จ/คายประจุ 30 นาที ซึ่งก็คือ สูงกว่า 2.74 เท่า กว่าแอโนด CF/CNT ค่าใช้จ่ายที่เก็บไว้เพิ่มขึ้นโดยเฉพาะ 8.06 ครั้ง (1127.1 C m⁻² เทียบกับ 139.92 C m⁻²) แสดงให้เห็นถึงความสามารถในการกักเก็บพลังงานที่ยอดเยี่ยมของการดัดแปลงคอมโพสิต

แบตเตอรี่ไหลรีดอกซ์สังกะสี-โบรมีน

อิเล็กโทรดสักหลาดคาร์บอนเคลือบ CNT ซึ่งใช้เป็นอิเล็กโทรดโบรมีนในโฟลว์เซลล์สังกะสี-โบรมีนให้ประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้าที่ดีขึ้นด้วย ประสิทธิภาพแรงดันไฟฟ้า 87% , ประสิทธิภาพคูลอมบิก 77% และ ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน 67% เมื่อการปรับเปลี่ยน CNT ครอบคลุมถึง 90% CNT มีฤทธิ์ทางไฟฟ้าในระดับสูง เพิ่มการนำไฟฟ้า และความแข็งแรงทางกลด้วยโมดูลัสของ Young สูง ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานอิเล็กโทรดเชิงบวกในระบบสังกะสีโบรมีนแบบชาร์จไฟได้

ความมั่นคงและความทนทานในระยะยาว

อายุการใช้งานที่ยาวนานของความรู้สึกอิเล็กโทรดดัดแปลงของ CNT เป็นปัจจัยสำคัญสำหรับความมีชีวิตในเชิงพาณิชย์ การทดสอบการปั่นจักรยานแบบขยายช่วยยืนยันว่าการปรับเปลี่ยนเหล่านี้ยังคงรักษาความได้เปรียบด้านประสิทธิภาพไว้ได้ตลอดรอบการชาร์จ/คายประจุหลายร้อยรอบ

ในระบบ VRFB คาร์บอนดัดแปลงจากเครือข่ายท่อนาโนคาร์บอนเจือด้วย N แสดงให้เห็นถึงความเสถียรที่ยาวนานตลอด รอบการคายประจุต่อเนื่องกัน 550 รอบ ที่ 200 mA cm⁻² โดยที่ยังคงประสิทธิภาพการใช้พลังงานในระดับสูง การวิเคราะห์ SEM ภายหลังการชันสูตรของความรู้สึกของกราไฟท์ที่เคลือบ CNT ด้วยซัลโฟเนตหลังจาก 50 รอบยืนยันว่า CNT ยังคงยึดเกาะอย่างแน่นหนากับพื้นผิวสักหลาดของกราไฟท์ แม้ภายใต้สภาวะอิเล็กโทรไลต์ที่มีความเป็นกรดสูง (3 M H2SO4) ประสิทธิภาพแรงดันไฟฟ้าเฉลี่ยมากกว่า 50 รอบที่ 200 mA cm⁻² ยังคงมีเสถียรภาพที่ 87.12% ด้วยประสิทธิภาพการใช้พลังงานของ 83.95% เมื่อเทียบกับ 81.75% and 78.71% for conventional graphite felt.

สำหรับแบตเตอรี่ที่มีการไหลรีดอกซ์ที่ไม่ใช่น้ำ หน้าจออิเล็กโทรดที่ใช้ CNT ประสิทธิภาพการใช้พลังงานสูงขึ้น 1.23 เท่า กว่าอิเล็กโทรดทั่วไป ด้วยการวิเคราะห์หลังการชันสูตรพบว่าอนุภาคนาโนยังคงเกาะติดกับเส้นใยคาร์บอนสักหลาด แม้ว่าจะวงจรการคายประจุที่รุนแรงแล้ว เมื่อจับกับไอโอโนเมอร์ของ Nafion ในระดับที่เหมาะสมที่สุด 15% โดยน้ำหนัก อัตราส่วน

สรุปประสิทธิภาพเปรียบเทียบ

ข้อควรพิจารณาในการปฏิบัติจริง

การใช้งานสักหลาดอิเล็กโทรดดัดแปลง CNT ที่ประสบความสำเร็จต้องอาศัยปัจจัยเชิงปฏิบัติหลายประการที่มีอิทธิพลต่อทั้งประสิทธิภาพและความคุ้มค่า

ความเข้มข้นในการโหลด CNT ที่เหมาะสมที่สุด

การวิจัยระบุว่าการโหลด CNT เป็นไปตามความสัมพันธ์แบบไม่เชิงเส้นกับประสิทธิภาพ ในแคโทด MFC ความหนาแน่นของพลังงานสูงสุดของ 2178.6 มิลลิวัตต์/ตรม สามารถทำได้ที่เนื้อหา CNT ของ 0.035 กรัม (7% เมื่อเทียบกับถ่านกัมมันต์) ในขณะที่การรับน้ำหนักที่สูงขึ้น (10 wt%) ส่งผลให้ประสิทธิภาพลดลงเนื่องจากความต้านทานการถ่ายเทมวลที่เพิ่มขึ้นและความพรุนลดลง ในทำนองเดียวกัน สำหรับคาร์บอนสักหลาดแอโนดใน MFC ความเข้มข้น 4% w/v CNT (CF/CNT2) มีประสิทธิภาพเหนือกว่าทั้งความเข้มข้นที่ต่ำกว่า (2%) และสูงกว่า (6%) ซึ่งแนะนำความสมดุลที่เหมาะสมที่สุดระหว่างการเพิ่มการนำไฟฟ้าและการเก็บรักษาโครงสร้างที่มีรูพรุนที่จำเป็นสำหรับการไหลของอิเล็กโทรไลต์และการติดฟิล์มชีวะ

กลยุทธ์การยึดเกาะและการยึดเกาะ

ความเสถียรในระยะยาวของการเคลือบ CNT ขึ้นอยู่กับกลยุทธ์การยึดเกาะที่ใช้เป็นอย่างมาก สำหรับระบบที่ไม่ใช่น้ำ นาฟิออนไอโอโนเมอร์ที่ a 15% โดยน้ำหนัก อัตราส่วนต่อคาร์บอนให้ความแข็งแรงในการยึดเกาะที่ดีที่สุดในขณะที่ยังคงประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้า ในระบบ VRFB ที่เป็นน้ำ การเจริญเติบโตของ CVD โดยตรงให้การยึดเกาะที่เหนือกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับชั้น CNT ที่เคลือบด้วยสารละลายหรือเคลือบแบบจุ่ม เนื่องจากพันธะโควาเลนต์และเชิงกลที่ส่วนต่อการเจริญเติบโตจะต้านทานการแยกชั้นภายใต้สภาวะการสัมผัสและการไหลที่เป็นกรดเป็นเวลานาน

อัตราการไหลของอิเล็กโทรไลต์และการปรับความหนาแน่นกระแสให้เหมาะสม

ประสิทธิภาพของ VRFB กับอิเล็กโทรดที่ดัดแปลงด้วย CNT ดีขึ้นด้วยอัตราการไหลของอิเล็กโทรไลต์ที่เพิ่มขึ้น เนื่องจากการเคลื่อนย้ายมวลที่เพิ่มขึ้นและโพลาไรเซชันของความเข้มข้นที่ลดลง อย่างไรก็ตาม ที่ความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าที่สูงขึ้น (มากกว่า 40 mA cm⁻²) การสูญเสียโพลาไรเซชันจะเพิ่มขึ้นและประสิทธิภาพของแบตเตอรี่จะลดลง ดังนั้นการออกแบบระบบจึงต้องสร้างสมดุลระหว่างจลนพลศาสตร์ของปฏิกิริยาที่ได้รับการปรับปรุงโดย CNT กับข้อจำกัดด้านโอห์มมิกและการขนส่งมวลชนที่มีความโดดเด่นที่ความหนาแน่นกระแสที่สูงขึ้น การกำหนดค่าแบตเตอรี่ที่ไม่มีเพลตตัวรวบรวมกระแสไฟฟ้าแสดงประสิทธิภาพที่ดีขึ้น (62.93% เทียบกับประสิทธิภาพการใช้พลังงาน 60.25%) เนื่องจากความต้านทานภายในลดลง แสดงให้เห็นว่าการออกแบบส่วนต่อประสานระหว่างตัวรวบรวมอิเล็กโทรดมีความสำคัญพอ ๆ กับการปรับเปลี่ยน CNT เอง

ทิศทางการพัฒนาในอนาคต

ด้านความรู้สึกของอิเล็กโทรดที่ได้รับการดัดแปลงของ CNT ยังคงพัฒนาไปสู่ประสิทธิภาพที่สูงขึ้น ต้นทุนที่ลดลง และขอบเขตการใช้งานที่กว้างขึ้น แนวโน้มที่เกิดขึ้นใหม่ชี้ให้เห็นถึงเส้นทางการพัฒนาที่มีอนาคตหลายประการ

กลยุทธ์การใช้สารโด๊ปหลายอะตอมที่รวมไนโตรเจน ซัลเฟอร์ โบรอน และฟอสฟอรัสกำลังได้รับแรงฉุด ท่อนาโนคาร์บอนเจือ B, N ที่ปลูกบนความรู้สึกคาร์บอนผ่านการสลายตัวของสารตั้งต้น ZIF-67 แสดงให้เห็นว่าการควบคุมอัตราส่วน N/B ที่แม่นยำสามารถบรรลุการขนส่งอิเล็กตรอนที่รวดเร็ว การขนส่งมวลที่สะดวก และประสิทธิภาพการเร่งปฏิกิริยาสูงไปพร้อมๆ กัน ระบบที่มีสารเจือหลายตัวเหล่านี้ปรับเปลี่ยนโครงสร้างทางอิเล็กทรอนิกส์ และสร้างตำแหน่งการดูดซับพิเศษสำหรับไอออนวานาเดียม ซึ่งส่งเสริมจลนศาสตร์รีดอกซ์เกินกว่าที่ระบบสารเจือปนเดี่ยวจะบรรลุผลสำเร็จ

วิธีการสังเคราะห์ที่ยั่งยืนและคำนึงถึงสิ่งแวดล้อมก็กำลังก้าวหน้าเช่นกัน CNT ที่ทำงานด้วยทอรีนซึ่งเตรียมผ่านการดัดแปลงสารละลายอย่างง่าย หลีกเลี่ยงตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะที่มีราคาแพงและอุปกรณ์ CVD ที่ซับซ้อน ในทำนองเดียวกัน MWCNTs คาร์บอกซิลที่เจือด้วยไนโตรเจนที่ได้มาจากโดปามีนใช้แหล่งไนโตรเจนที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและให้ประสิทธิภาพการใช้พลังงานถึง 80.54% โดยไม่ต้องใช้สารตั้งต้นที่มีราคาแพงหรือการประมวลผลที่ซับซ้อน วิธีการเหล่านี้ช่วยลดต้นทุนการผลิตและผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมในขณะที่ยังคงรักษาประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้าในระดับสูง

การบูรณาการกับวัสดุนาโนอื่นๆ ถือเป็นอีกขอบเขตหนึ่ง การรวม CNT กับโลหะออกไซด์ (MnO2, CeO2), กรอบงานโลหะ-อินทรีย์ (ZIF) หรืออนุพันธ์ของกราฟีน จะสร้างโครงสร้างแบบลำดับชั้นที่จัดการกับข้อจำกัดด้านประสิทธิภาพหลายประการพร้อมกัน ตัวอย่างเช่น ผ้าสักหลาดคาร์บอนที่ดัดแปลงด้วย ZIF ที่มีศูนย์กลางเป็นโลหะ (Zn, Cu, Ni) บรรลุการปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงานได้สูงสุดถึง 29% และการเพิ่มกำลังการผลิตของ 33% ซึ่งแสดงให้เห็นว่าวิธีการแบบไฮบริดสามารถมีประสิทธิภาพเหนือกว่าการแก้ไขเฉพาะ CNT เท่านั้น