Αποθήκευση ενέργειας — η ανάγκη για καλύτερες μπαταρίες
Οι μπαταρίες χρησιμοποιούν ηλεκτροχημικές αντιδράσεις για την αποθήκευση ηλεκτρικής ενέργειας με σκοπό τη μεταγενέστερη χρήση της. Αποτελούνται από δύο ηλεκτρόδια, έναν αρνητικό (κάθοδος) και έναν θετικό ακροδέκτη (άνοδος), και έναν ηλεκτρολύτη.
Σε σύγκριση με τα υγρά ορυκτά καύσιμα, οι μπαταρίες αποθηκεύουν μικρότερες ποσότητες ενέργειας για το ίδιο βάρος ή όγκο του υλικού. Το χαρακτηριστικό αυτό, αλλά και το κόστος, η διαθεσιμότητα των πρώτων υλών και ο σχετικά βραδύς ρυθμός επαναφόρτισης, αποτελούν μερικές από τις βασικές προκλήσεις που αντιμετωπίζει σήμερα η τεχνολογία μπαταριών.
Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου αποτελούν επί του παρόντος τον χρυσό κανόνα της αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας. Χρησιμοποιούνται σε ποικιλία συσκευών, μεταξύ άλλων στα ηλεκτρονικά συστήματα των φορητών συσκευών και στα ηλεκτρικά αυτοκίνητα. Για τη μελλοντική χρήση των μπαταριών στις εν λόγω συσκευές θα απαιτηθούν υψηλότερες χωρητικότητες αποθήκευσης, υψηλότερες ταχύτητες φόρτισης και χαμηλότερο κόστος.
Τα νανοϋλικά μπορούν να συμβάλλουν στον σχεδιασμό καλύτερων μπαταριών, μέσω της εξασφάλισης βελτιωμένων υλικών για τις καθόδους και τις ανόδους. Το μεγάλο εμβαδόν της επιφάνειας νανοϋλικών όπως το γραφένιο βοηθά στην αύξηση της επαφής μεταξύ της καθόδου, της ανόδου και του ηλεκτρολύτη, γεγονός που επιτρέπει την ταχύτερη φόρτιση των μπαταριών.
Οι νανοσωλήνες άνθρακα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία ισχυρών και ανθεκτικών ηλεκτροδίων υψηλής μηχανικής ακεραιότητας, με παράλληλη διατήρηση της ευκαμψίας τους. Οι επιστήμονες χρησιμοποιούν επίσης τα νανοϋλικά για τη μείωση της φυσιολογικής φθοράς του εσωτερικού των μπαταριών και για τη διασφάλιση της διατήρησης της ικανότητας πολλαπλών κύκλων φόρτισης των μπαταριών.
Τα νανοϋλικά μπορούν, επίσης, να συμβάλλουν στο να καταστούν οικονομικά και τεχνικά βιώσιμες και άλλες τεχνολογίες μπαταριών πέραν των μπαταριών ιόντων λιθίου. Οι τεχνολογίες μπαταριών βασίζονται στην ύπαρξη άφθονων πρώτων υλών και, ως εκ τούτου, οι μπαταρίες ιόντων νατρίου μπορούν να αποτελέσουν κατάλληλη εναλλακτική λύση, δεδομένου ότι το νάτριο είναι διαθέσιμο σε μεγαλύτερες ποσότητες σε σχέση με το λίθιο.