In this work, the effects of a functionalization method involving different conditions and milling processes on the dispersion and thermal and electrical conductivity of multiwalled carbon nanotubes were studied. The surfaces of MWCNTs were modified using a mixture of sulfuric and nitric acid as an acid treatment and potassium persulfate and sodium hydroxide as an alkaline treatment to achieve more hydrophilic MWCNTs. The morphological and structural investigations were carried out using transmission electron microscopy and Fourier transform infrared spectroscopy. Furthermore, the dispersion characteristics and thermal and electrical conductivity of the as-prepared water-based nanofluids were measured. As a result, the dispersion characteristics revealed that the best dispersion and stability results were obtained for alkaline-treated MWCNTs using potassium persulfate and sodium hydroxide. The thermophysical study using a thermal conductivity analyzer exhibited that the thermal conductivity of the pristine MWCNT nanofluid (0.1 wt%) was enhanced from 603.5 to 610.4 mW/m·K and the electrical conductivity of the raw MWCNT nanofluid was increased from 16.2 to 125.8 μS/cm at 25 °C after alkaline treatment and milling processes, which were performed using planetary ball milling. Regarding the overall results, the milling process and mild alkaline oxidation process are more environmentally friendly, effective, and convenient for the functionalization of CNTs, without requiring any organic solvents or strong acids.

Recently, applications for lithium-ion batteries (LIBs) have expanded to include electric vehicles and electric energy storage systems, extending beyond power sources for portable electronic devices. The power sources of these flexible electronic devices require the creation of thin, light, and flexible power supply devices such as flexile electrolytes/insulators, electrode materials, current collectors, and batteries that play an important role in packaging. Demand will require the progress of modern electrode materials with high capacity, rate capability, cycle stability, electrical conductivity, and mechanical flexibility for the time to come. The integration of high electrical conductivity and flexible buckypaper (oxidized Multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) film) and high theoretical capacity silicon materials are effective for obtaining superior high-energy-density and flexible electrode materials. Therefore, this study focuses on improving the high-capacity, capability-cycling stability of the thin-film Si buckypaper free-standing electrodes for lightweight and flexible energy-supply devices. First, buckypaper (oxidized MWCNTs) was prepared by assembling a free stand-alone electrode, and electrical conductivity tests confirmed that the buckypaper has sufficient electrical conductivity (10⁻⁴(S m⁻¹) in LIBs) to operate simultaneously with a current collector. Subsequently, silicon was deposited on the buckypaper via magnetron sputtering. Next, the thin-film Si buckypaper freestanding electrodes were heat-treated at 600 °C in a vacuum, which improved their electrochemical performance significantly. Electrochemical results demonstrated that the electrode capacity can be increased by 27/26 and 95/93 μAh in unheated and heated buckypaper current collectors, respectively. The measured discharge/charge capacities of the USi_HBP electrode were 108/106 μAh after 100 cycles, corresponding to a Coulombic efficiency of 98.1%, whereas the HSi_HBP electrode indicated a discharge/charge capacity of 193/192 μAh at the 100th cycle, corresponding to a capacity retention of 99.5%. In particular, the HSi_HBP electrode can decrease the capacity by less than 1.5% compared with the value of the first cycle after 100 cycles, demonstrating excellent electrochemical stability.

Резюме: Ацидофильные хемолитотрофные микроорганизмы применяются в биогидрометаллургии при добыче металлов из сульфидных руд. Некоторые виды микроорганизмов этой группы способны при определенных условиях генерировать электроэнергию. Данное обстоятельство стимулировало их изучение в плане использования в технологии биотопливных элементов. При постоянной подаче субстрата в биоэлектрохимическую систему ацидофильные хемолитотрофные микроорганизмы способны вырабатывать электроэнергию в течение довольно продолжительного времени. Использование экстремофилов в микробных топливных элементах представляет особый интерес, поскольку эти микроорганизмы могут служить биоэлектрокатализаторами при экстремальных значениях рН, солености и температуры, в то время как подавляющее большинство микроорганизмов в подобных условиях работать не способно. Поэтому очень важно подобрать оптимальные условия и найти способы контроля работы ацидофильных хемолитотрофных микроорганизмов в таких топливных элементах. В этом случае на биогидрометаллургических предприятиях будет возможна разработка технологии биовыщелачивания металлов из бедных руд, сопряженной с генерацией электричества. Биотопливные элементы, работающие при низких значениях pH, с использованием ацидофильных хемолитотрофных микроорганизмов – это новое, еще недостаточно изученное направление; число исследований по ацидофильным электроактивным микроорганизмам весьма ограничено. В связи с этим целью данного обзора является рассмотрение перспектив применения ацидофильных хемолитотрофных микроорганизмов в качестве биоагентов в микробных топливных элементах. Представленные в обзоре исследования демонстрируют способность микроорганизмов этой группы выступать как в качестве анодных (металлредуцирующие, сероокисляющие микроорганизмы), так и катодных (металлоокисляющие прокариоты, сульфатредукторы) высокоэффективных биоагентов, способных использовать в качестве субстрата отходы горнодобывающей промышленности.