韩国材料科学研究院（Korea Institute of Materials Science, KIMS）复合材料研究部功能复合材料系的 Kim Tae-hoon 博士领导的研究小组与仁荷大学的 Yang Seung-Jae教授（校长Myung Woo Cho）的研究小组一起，成功开发了世界上第一种同时具有高储能能力和高强度的多功能碳纳米管纤维。

　　大多数现有的储能材料和结构材料只具备高强度或高储能一种特性。通过使用轻质、高强度、具有优良电导率的碳纳米管纤维，这种由两个研究小组共同开发的材料兼备了这两种性能。

　　研究小组对碳纳米管纤维进行了表面处理，通过诱导多孔碳的生长，制造出了一种高强度的纤维型超级电容器。这使得合成具有储能特性的新型纤维材料成为可能，同时保持了碳纳米管纤维的强度。研究人员证实，该光纤型超级电容器在支撑一个重量级电容器的同时稳定运行。

多功能碳纳米管纤维合成示意图

超级电容器：一种储能装置，它的储能能力比锂二次电池小，但充放电速度比其他电池快得多。

　　现有技术需要一种独立材料来支持电池和负载，但新开发的材料可以成功地发挥这两种作用，这为轻质材料的发展提出了一个新的方向，具有重要意义。特别是，多功能碳纳米管纤维技术有望应用于需要减重的电动汽车、无人机和航空航天领域。

　　碳纳米管纤维作为下一代材料正引起人们的关注。在美国只有一家公司实际利用这项技术进行大规模生产。通过材料的国产化，有望生产替代进口，并用于出口。

　　KIMS公司的高级研究员Kim Tae-hoon博士说：“使用多功能碳纳米管纤维有助于提高无人机等未来机动车的行驶距离。它有望应用于航空航天、航空和国防领域，这些领域需要轻量化、高强度和高导电性。”

　　这项研究得到了韩国材料科学研究院（KIMS）能源生产和储存材料聚合特性裁剪型纺织材料技术开发项目和韩国科学技术研究院的4U复合材料开发项目的支持，并得到了韩国科技部的支持。此外，这项研究于1月5日发表在世界级学术期刊《科学进展》上。

　　与此同时，研究小组正在对防弹材料和超轻复合材料进行后续研究，转化研究成果，以及开发大规模生产方法和碳纳米管纤维的电磁波屏蔽技术。

现有的锂二次电池、储能装置本身不能承受机械负荷。另一方面，包括钢和铝在内的结构材料很坚固，但是它们显然不能储存能量。

　　如果一种材料既具有储能能力，又具有结构优良的性能，它就可以成为车辆和无人机的外壳，并取代现有的电池，从而减轻重量，增加行驶距离。

　　为此，制造电池需要一种新材料，这种材料重量轻，具有优异的机械强度和良好的电导率。用于这一目的的唯一材料是碳纳米管纤维。

　　研究团队合成了具有优异电导率和抗张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，他们还增加了碳纳米管纤维的强度和应用表面处理，使多孔碳可以牢固地附着而不会从纤维上掉落。最终，他们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，同时保持原始碳纳米管纤维的强度和电导率。

使用多功能碳纳米管纤维的光纤型超级电容器具有优异的力学性能和储能性能，远远优于传统的光纤型超级电容器。此外，该纤维型超级电容器看起来像一条细线，在支撑10公斤重量的同时稳定充放电。

　　本研究表明，利用碳纳米管纤维可以制备出具有结构和储能特性的新型超级电容器纤维。基于碳纳米管纤维的制造和应用技术，研究小组计划进行后续研究，将研究结果应用于电磁波屏蔽、复合材料和二次电池领域。

　　通过对提高碳纳米管纤维生产能力的研究，该技术可在几年内大规模生产。此外，新材料的国产化和自主化也有助于材料强国的建立。

　　尽管韩国在碳纳米管纤维的研发方面处于世界领先地位，但还没有一家国内公司生产出大量的标准化产品。美国的Huntsman公司是目前唯一一家大规模生产碳纳米管纤维的公司。因此，规范的市场还没有建立起来，Huntsman生产的纤维只供应给NASA 和美国国防部，无法在私人市场上买到。