Ukládání energie se dlouho přirovnávalo k choice mezi dvěma automobily – jedním, který je „velmi rychlý“ s malou nádrží, a druhým, který má velkou nádrž, ale jeho reakce je pomalá. Superkapacitory představují rychlý automobil; nabíjejí a vybíjejí se velmi rychle a zvládají značné množství nabíjecích cyklů, protože ukládají energii převážně prostřednictvím elektrostatického hromadění náboje na povrchu elektrody namísto složitých chemických reakcí, které charakterizují baterie, jež se považují za pomalé, neboť nabíjejí a vybíjejí se pomalu, ale vydržují větší množství energie.
Tým výzkumníků z Monash University v Austrálii se zaměřil na krok, který by mohl snížit tuto propast, přičemž oznámil, že se blíží k jeho vyřešení, jak nedávno publikovali v časopise „Nature Communications“.
Přestavba konstrukce
Základní myšlenkou není „nová kouzelná látka“, ale redesign samotného grafenu. Tento vysoce křehký a víceúrovňový uhlíkový rámec umožňuje iontům snadněji se pohybovat uvnitř elektrody a využívat mnohem větší plochu, než bylo dříve možné.
Grafen je jednovrstvá, extrémně tenká vrstva atomů uhlíku uspořádaných v šestiúhelníkové síti připomínající voštinu. Přestože je průhledný a velmi lehký, je mnohem silnější ve srovnání se svou tloušťkou a vyniká vynikající elektrickou a tepelnou vodivostí a velkým povrchem. Je proto považován za slibný materiál pro elektroniku a ukládání energie.
Teoreticky by grafen a další uhlíkové materiály s vysokou plochou měly být vynikající pro superkapacitory. Nicméně, pro jeho použití jako baterie je realita složitější, protože grafenové vrstvy mají tendenci shlukovat se jako hromádky těsně přiléhajících listů, což uzavírá mezery a zpomaluje dráhy iontů, a tím ztrácí výhodu rozsáhlého povrchu.
Podle studie se vědcům podařilo tuto výzvu vyřešit, přičemž nově vytvořený materiál nezávisí na plochých vrstvených strukturách, ale produkuje zakřivené a nepravidelné grafenové krystaly spletené uvnitř neuspořádaných oblastí v mikročásticích. Toto spojení vytváří strukturu, která má dvě výhody: má rychlé dráhy pro ionty (jako dálnice uvnitř elektrody) a husté skladovací místa pro náboje poblíž zakřivených krystalů.
Slibné aplikace
Pokud se tento materiál podaří stabilně a cenově dostupně vyrobit, mohli bychom v budoucnosti vidět jeho široké aplikace, zejména v oblasti elektrického transportu (automobily a autobusy) a podpoře elektrických sítí prostřednictvím stabilizace oscilačních sítí a kompenzace okamžitých poklesů.
Nová technologie by také mohla sehrát roli v spotřebitelské elektronice, konkrétně v zařízeních, kde je zapotřebí dlouhá životnost a velmi rychlé nabíjení. Může se stát alternativou nebo doplňkem baterií v některých použitích, kdy se spojují potřeby vyššího výkonu s rychlejším dodáváním energie.
V tomto ohledu tým zdůrazňuje, jak uvádí oficiální tisková zpráva od univerzity, že se podnikají skutečné kroky směrem k komercializaci prostřednictvím start-upu a k výrobě komerčních množství tohoto materiálu a spolupráce s partnery v oblasti ukládání energie.
