利用由碳原子組成的管狀物「奈米碳管」（CNT）來提高電池性能等的研究在不斷在推進之中。利用CNT優異的導電性，嘗試將其應用於太陽能電池和二次電池材料之中。然而，CNT在電子元件等領域的應用卻並沒有像預期那樣取得進展。隨着全球的去碳趨勢愈演愈烈，CNT正再次受到關注。
名古屋大學的松尾教授等人用CNT製作了太陽能電池用透明電極（供圖：名古屋大學）
2022年3月14日，日本名古屋大學的松尾教授宣佈開發出了採用CNT作爲電極的新型有機薄膜太陽能電池。松尾教授強調，「此次的成果向有機薄膜太陽能電池的量產邁出了一大步」。
有機薄膜太陽能電池可以彎曲，與普通的硅薄膜太陽能電池相比有望降低製造成本。電極一般使用稀有金屬銦化合物，但存在材料價格暴漲和彎曲時破裂的擔憂。因此研究團隊想到了用CNT來代替銦化合物。
CNT是直徑爲奈米級的管狀材料，由碳原子構成，能夠以較低成本製造。這種材料的特點是其強度約爲鋼鐵的20倍，導電性高達銅的約1000倍。CNT是起源於日本的材料，目前已在全球各地量產。
CNT性能雖然高，但通常成膜需要較長時間，難以量產。松尾教授等人組成的研究團隊首先開發了使CNT粉末漂浮在空氣中然後收整合膜的方法。
因此，研究團隊利用噴塗粉末狀CNT的方法製作了薄膜，並利用這種薄膜試製了電極。這種方法縮短了成膜時間，是大量生產成爲可能。「市售CNT基本上也可以利用這種方法製作薄膜」」松尾教授）。
另外，透過實施特殊處理，還增加了薄膜内的電子電洞。能量轉換效率成功提高到4.93％。據介紹，這是採用此類電極的有機薄膜太陽能電池中的最高值。
研究團隊計劃5年後使該技術投入實用化。預計還能用於被視爲新一代太陽能電池有力候補的「鈣鈦礦太陽能電池」的生產，並有望得到廣泛利用。
據稱，具有高強度、導電性優異的CNT存在量產時缺陷比較多等課題。但松尾教授表示，「最近，CNT的質量一直在提高，企業等致力於減量缺陷相關開發的案例也正在增加。」
| CNT的應用研究進展 | |
| 名古屋大學 | 開發出有機薄膜太陽能電池的電極，代替常用的銦 |
| 產綜研與日本瑞翁 | 開發出預防鋰金屬電池出現的刺狀晶體的片材 |
| Space Link（川崎市） | 開發出電極使用CNT和石墨烯的高蓄電性能電容 |
| 物質材料研究機構、產綜研和東京大學等 | 開發出高速低功耗的奈米級電晶體 |
CNT的應用中最引人關注的是有助於去碳的領域。比如用作提高鋰離子電池的電極導電性的添加劑等。
還有將其應用於新一代電池之一、負極使用金屬鋰的「鋰金屬電池」的動向。日本的產業技術綜合研究所與瑞翁公司共同開發出提高了電極性能的CNT片材。
鋰金屬電池的蓄電能有望達到鋰離子電池的數倍。然而，隨着反復充放電的程序中，金屬鋰的晶體會呈刺狀析出。刺狀晶體會突破正負極之間的隔膜，造成短路或縮短電池使用壽命。
新開發的片材夾在隔膜與電極之間使用。透過在片材表面聚集金屬鋰顆粒，可以抑制刺狀晶體的成長。已透過實驗應答，鋰金屬電極的壽命延長至以往的20倍以上。這種片材可以大量合成。今後將致力於實用化和鋰金屬電池的開發。
CNT在低功耗的高速電晶體等領域的應用也在擴大。與日本物質材料研究機構和產綜研等合作，成功利用單個CNT製作出電晶體的東京大學丸山茂夫教授介紹說：「以美國和中國爲主，實用化競爭正變得越來越激烈。」
在這種情況下，日本企業能表現出多大的存在感呢？透過產學合作儘快實用化就至關重要了。
日文：三隅勇氣，《日經產業新聞》，2022/03/30
中文：JST客觀日本編輯部
