Grafenowe superkondensatory

Naukowcy z amerykańskiej firmy Nanotek Instruments stworzyli grafenowe elektrody, dzięki którym możliwa stanie się konstrukcja superkondensatorów o ponad pięć razy większej pojemności.

Superkondensatory to urządzenia, które przechowują prąd, podobnie jak baterie. Jednak mogą one być ładowane i rozładowywać się dużo szybciej od baterii, mają również dużo większą odporność na wielokrotne cykle ładowania i rozładowania. Mają tylko jedną drobną wadę - dostępne komercyjnie superkondensatory mają około 5% pojemności do porównywalnych rozmiarem baterii litowo-jonowych. Z tego powodu ich zastosowania są dość ograniczone, na przykład do magazynowania energii z systemów hamowania regeneracyjnego w hybrydowych autobusach.

Dzięki grafenowi (węglowym arkuszom, za które Andriej Gejm i Konstantin Nowosiołow otrzymali w tym roku Nagrodę Nobla) to się może jednak zmienić - elektrody wykonane z grafenu pozwalają na stworzenie superkondensatorów o pojemności 5 razy większej od urządzeń dostępnych komercyjnie. To nadal tylko 1/4 porównywalnej baterii litowo-jonowe, jednak baterie zazwyczja pracują okolicach środka cyklu pełnego naładowania, i często wykorzystują tylko połowę lub mniej swojej całkowitej pojemności.

Oznacza to, że w niektórych pojazdach elektrycznych superkondensatory o pojemności 1/5 baterii - co jest poziomem osiąganym w laboratoriach przy zastosowaniu elektrod z grafenu - mogą stanowić sensowną alternatywę dla baterii. Zwłaszcza, że ładowanie baterii trwa kilka godzin, a reakcje chemiczne powodują, że elektrody baterii zaczynają pracować coraz gorzej po kilku tysiącach cykli - tymczasem ultrakondensatory ładują się w kilka minut, a ilość cykli, jakie mogą wytrzymać idzie w miliony.

Odkrycie Nanotek Instruments polega na stworzeniu grafenowych elektrod, które nie są płaskimi kartkami materiału węglowego, ale przypominają pomięte kartki papieru, przez co mają dużo większą powierzchnię aktywną, a przez to mogą przechowywać większy ładunek elektryczny. Elektrody Nanotek Instrumets mają jednak przed sobą długą drogę, zanim wyjdą z laboratorium - ich testowe kondensatory wielkości monety tracą 10% sprawności po 500 naładowaniach. Inny amerykański startup, Graphene Energy, osiąga podobne gęstości energetyczne przy dłuższej trwałości elektrod - ich superkondensatory tracą 3% zdolności magazynowania ładunku elektrycznego po 10 000 cykli.

Głównym problemem technologii grafenowych jest jednak na razie fakt, że nie ma jeszcze technologii dla sensownej przemysłowej produkcji grafenowych elektrod o odpowiedniej wydajności. Ale kiedy zostanie ona opracowana, można spodziewać się, że w wielu zastosowaniach baterie zaczną być powoli wypierane przez superkondensatory.

[na podstawie Technology Review , przez Next Big Future ]

Leszek Karlik

Więcej o: