利用由碳原子组成的管状物“碳纳米管”（CNT）来提高电池性能等的研究在不断在推进之中。利用CNT优异的导电性，尝试将其应用于太阳能电池和二次电池材料之中。然而，CNT在电子元件等领域的应用却并没有像预期那样取得进展。随着全球的脱碳趋势愈演愈烈，CNT正再次受到关注。
名古屋大学的松尾教授等人用CNT制作了太阳能电池用透明电极（供图：名古屋大学）
2022年3月14日，日本名古屋大学的松尾教授宣布开发出了采用CNT作为电极的新型有机薄膜太阳能电池。松尾教授强调，“此次的成果向有机薄膜太阳能电池的量产迈出了一大步”。
有机薄膜太阳能电池可以弯曲，与普通的硅薄膜太阳能电池相比有望降低制造成本。电极一般使用稀有金属铟化合物，但存在材料价格暴涨和弯曲时破裂的担忧。因此研究团队想到了用CNT来代替铟化合物。
CNT是直径为纳米级的管状材料，由碳原子构成，能够以较低成本制造。这种材料的特点是其强度约为钢铁的20倍，导电性高达铜的约1000倍。CNT是起源于日本的材料，目前已在全球各地量产。
CNT性能虽然高，但通常成膜需要较长时间，难以大量生产。松尾教授等人组成的研究团队首先开发了使CNT粉末漂浮在空气中然后收集成膜的方法。
因此，研究团队利用喷涂粉末状CNT的方法制作了薄膜，并利用这种薄膜试制了电极。这种方法缩短了成膜时间，是大规模生产成为可能。“市售CNT基本上也可以利用这种方法制作薄膜””松尾教授）。
另外，通过实施特殊处理，还增加了薄膜内的电子空穴。能量转换效率成功提高到4.93％。据介绍，这是采用此类电极的有机薄膜太阳能电池中的最高值。
研究团队计划5年后使该技术投入实用化。预计还能用于被视为新一代太阳能电池有力候补的“钙钛矿太阳能电池”的生产，并有望得到广泛利用。
据称，具有高强度、导电性优异的CNT存在量产时缺陷比较多等课题。但松尾教授表示，“最近，CNT的质量一直在提高，企业等致力于减少缺陷相关开发的案例也正在增加。”
| CNT的应用研究进展 | |
| 名古屋大学 | 开发出有机薄膜太阳能电池的电极，代替常用的铟 |
| 产综研与日本瑞翁 | 开发出预防锂金属电池出现的刺状晶体的片材 |
| Space Link（川崎市） | 开发出电极使用CNT和石墨烯的高蓄电性能电容器 |
| 物质材料研究机构、产综研和东京大学等 | 开发出高速低功耗的纳米级晶体管 |
CNT的应用中最引人关注的是有助于脱碳的领域。比如用作提高锂离子电池的电极导电性的添加剂等。
还有将其应用于新一代电池之一、负极使用金属锂的“锂金属电池”的动向。日本的产业技术综合研究所与瑞翁公司共同开发出提高了电极性能的CNT片材。
锂金属电池的蓄电量有望达到锂离子电池的数倍。然而，随着反复充放电的过程中，金属锂的晶体会呈刺状析出。刺状晶体会突破正负极之间的隔膜，造成短路或缩短电池使用寿命。
新开发的片材夹在隔膜与电极之间使用。通过在片材表面聚集金属锂颗粒，可以抑制刺状晶体的生长。已通过实验确认，锂金属电极的寿命延长至以往的20倍以上。这种片材可以大量合成。今后将致力于实用化和锂金属电池的开发。
CNT在低功耗的高速晶体管等领域的应用也在扩大。与日本物质材料研究机构和产综研等合作，成功利用单个CNT制作出晶体管的东京大学丸山茂夫教授介绍说：“以美国和中国为主，实用化竞争正变得越来越激烈。”
在这种情况下，日本企业能表现出多大的存在感呢？通过产学合作尽快实用化就至关重要了。
日文：三隅勇气，《日经产业新闻》，2022/03/30
中文：JST客观日本编辑部
