Genom att doppa vanligt papper eller tyg i ett speciellt bläck som är infunderat med nanopartiklar, Stanfords ingenjör Yi Cui har hittat ett sätt att billigt och effektivt tillverka lätta pappersbatterier och superkondensatorer (som, som batterier, lagra energi, men med elektrostatiska snarare än kemiska medel), samt töjbar, ledande textilier som kallas "eTextiles" - kan lagra energi samtidigt som de bibehåller de mekaniska egenskaperna hos vanligt papper eller tyg.

Även om tekniken fortfarande är ny, Cuis team har föreställt sig många funktionella användningsområden för sina uppfinningar. Framtidens hem kan en dag kantas av energilagrande tapeter. Gadgetälskare skulle kunna ladda sina bärbara apparater på språng, helt enkelt koppla in dem till ett uttag som är invävt i deras T-shirts. Energitextilier kan också användas för att skapa rörliga kläder, reaktiva högpresterande sportkläder och bärbar kraft för en soldats stridsutrustning.

De viktigaste ingredienserna i utvecklingen av dessa högteknologiska produkter är inte synliga för det mänskliga ögat. Nanostrukturer, som kan monteras i mönster som gör att de kan transportera elektricitet, kan tillhandahålla lösningar på ett antal problem som man stöter på med elektriska lagringsenheter som för närvarande finns tillgängliga på marknaden.

Vilken typ av nanopartikel som används i Cui-gruppens experimentella enheter varierar beroende på produktens avsedda funktion - litiumkoboltoxid är en vanlig förening som används för batterier, medan enkelväggiga kolnanorör, eller SWNTs, används för superkondensatorer.

Cui, en biträdande professor i materialvetenskap och teknik vid Stanford, leder en forskargrupp som undersöker nya tillämpningar av nanoskala material. Målet, sa Cui, är inte bara att ge svar på teoretiska förfrågningar utan också att driva projekt med praktiskt värde. Nyligen, hans team har fokuserat på sätt att integrera nanoteknik i området energiutveckling.

"Energilagring är ett ganska gammalt forskningsfält, " sa Cui. "Superkondensatorer, batterier - dessa saker är gamla. Hur gör man verkligen revolutionerande på det här området? Det kräver en ganska dramatisk tankegång. "

Medan lagringsenheter för elektrisk energi har kommit långt sedan Alessandro Volta debuterade med världens första elektriska cell år 1800, tekniken står inför ännu en revolution. Nuvarande metoder för att tillverka energilagringsenheter kan vara kapitalintensiva och miljöfarliga, och slutprodukterna har märkbara prestandabegränsningar - konventionella litiumjonbatterier har en begränsad lagringskapacitet och är dyra att tillverka, medan traditionella kondensatorer ger hög effekt men på bekostnad av energilagringskapacitet.

Med lite hjälp från ny vetenskap, framtidens batterier kanske inte ser ut som de skrymmande metallenheter vi har vant oss vid. Nanoteknik gynnas som ett botemedel både för dess ekonomiska attraktionskraft och dess förmåga att förbättra energiprestanda i enheter som integrerar den. Byte av kol (grafit) anoder som finns i litiumjonbatterier med anoder av kisel nanotrådar, till exempel, har potential att öka sin lagringskapacitet med 10 gånger, enligt experiment utförda av Cuis team.

Kisel hade tidigare erkänts som ett gynnsamt anodmaterial eftersom det kan innehålla en större mängd litium än kol. Men användningen av kisel begränsades av dess oförmåga att uthärda fysisk stress - dvs. den fyrfaldiga volymökningen som kisel genomgår när litiumjoner fäster sig på en kiselanod i färd med att ladda ett batteri, samt krympningen som uppstår när litiumjoner dras ut när det släpps ut. Resultatet var att kiselstrukturer skulle sönderfalla, vilket gör att anoder av detta material förlorar mycket om inte hela sin lagringskapacitet.

Cui och medarbetare demonstrerade i tidigare publikationer i Nature, Nanoteknik och Nano Letters att användningen av kisel nanotråd batterielektroder, mekaniskt kapabel att motstå absorption och urladdning av litiumjoner, var ett sätt att kringgå problemet.

Resultaten lovar utvecklingen av laddningsbara litiumbatterier som erbjuder en längre livscykel och högre energikapacitet än deras samtida. Silikon -nanotrådsteknik kan en dag hitta ett hem i elbilar, bärbara elektroniska apparater och implanterbara medicinska apparater.

Cui hoppas nu kunna rikta sin forskning mot att studera både den "hårda vetenskapen" bakom de elektriska egenskaperna hos nanomaterial och att designa verkliga tillämpningar.

"Det här är rätt tid att verkligen se vad vi lär oss av nanovetenskap och göra praktiska tillämpningar som är extremt lovande, " sade Cui. "Det fina med detta är, den kombinerar den lägsta kostnadstekniken som du kan hitta till den högsta tekniska nanotekniken för att producera något fantastiskt. Jag tycker att det här är en väldigt spännande idé ... en enorm inverkan på samhället."