A „hagyományos papírgyártási” eljárással létrehozott grafén szuperkondenzátorok vetekszik az ólom-sav akkumulátor kapacitásával

Kondenzátorok (nem grafén)

Az ausztráliai Monash Egyetem anyagmérnökei olyan módszert dolgoztak ki grafén szuperkondenzátorok előállítására, amelyek energiasűrűsége megegyezik az autó motorházteteje alatt található ólom-sav akkumulátorral. Ezek a szuperkondenzátorok nemcsak 10-szer sűrűbbek az energiasűrűségnél, mint a kereskedelmi eszközök, de újszerűnek tűnik a grafén előállításának módja is a szuperkondenzátorok belsejében. A mérnökök azt mondják, hogy olyan eljárást alkalmaztak, amely hasonló a hagyományos papírgyártáshoz - és amely könnyen és költséghatékonyan növelhető a grafén és grafénalapú szuperkupacok kereskedelmi előállításához.



A szuperkondenzátorok lényegében kicsi akkumulátorok, amelyek szinte azonnal feltöltődhetnek és kisülhetnek. Míg ez nagyon nagy teljesítménysűrűséget (sok wattot) eredményez, energiasűrűségük általában nagyon alacsony (wattóra). A hagyományos szuperkondenzátorok esetében 10-20-szor nagyobb teljesítménysűrűségről beszélünk, mint egy hagyományos lítium-ionos vagy ólom-savas akkumulátorról - de a másik oldalon 10-20-szor rosszabb az energiasűrűség. Röviden, a szuperkondenzátorok fantasztikusak, ha rövid energiára van szükséged - például gyors gyorsításra egy autó kinetikus energia-visszanyerési rendszere (KERS) - de haszontalan a mindennapi szórakoztató elektronika, például az okostelefon áramellátásához.



Grafén



A grafén azonban mindezt megváltoztathatja. Az elektrokémiai kondenzátor által tárolt energiamennyiség szorosan kapcsolódik az elektródákkal érintkező töltést hordozó elektrolit mennyiségéhez. Minél nagyobb az elektródák felülete, annál több töltést hordozó ion adszorbeálható (rögzíthető) az elektródákhoz, így több energiát tárolnak. Valószínűleg láthatja, merre tart ez. Mivel a grafén a legvékonyabb ismert anyag, elképesztően nagy felületet képes biztosítani; valahol ezer négyzetméter nagyságrendben (ez több teniszpálya ) grammonként. A felület olyan nagy, hogy a grafén felhasználható olyan szuperkondenzátorok létrehozására, amelyek áthidalják a szuperkapcsok és az elemek közötti hatalmas energiasűrűség-különbséget, ugyanakkor megtartják a hatalmas teljesítménysűrűséget.

Egyébként ez az elmélet. A probléma természetesen, mint minden grafén esetében, az is, hogy még mindig nagyon nehéz kereskedelmi minőségű grafént tömegesen előállítani. A monashi mérnökök azt állítják, hogy megoldották ezt a problémát, azonban olyan megoldásalapú eljárást alkalmaztak, amely „hasonló a hagyományos papírgyártáshoz”. Alapvetően grafit (grafén) -oxiddal indulnak, amelyet hidrazin és ammónia oldatával alacsony minőségű grafénpehelyekké redukálnak. Ezután az elektrolitot és egy oldószert adunk a keverékhez. A keverék száradásakor az illékony oldószer elpárolog, ami kapilláris hatással felszívja a grafénpelyheket, és az elektrolit az egyes pelyhek közé ékelődik. Végül a mérnököknek marad valami, ami hasonlít egy fekete papírlapra - több millió grafénréteg, rengeteg töltést hordozó elektrolit zárva.



Grafén

A kapilláris működés felszívja a grafénpelyheket, sűrű szerkezetet hozva létre, amely hasonló a papírhoz



Elektrokémiai kondenzátorrá alakítva ennek a papírszerű anyagnak a térfogati energiasűrűsége közel 60 wattóra / liter (Wh / l), ami csaknem összehasonlítható egy ólom-sav akkumulátorral. Kapacitásának körülbelül 90% -át megtartja 50 000 töltési / kisütési ciklus után, sőt töltése 90% -át 300 óra után is megtartja.

Dan Li, a munkát vezető professzor azt mondja: „Létrehoztunk egy makroszkopikus grafén anyagot, amely túlmutat a korábban elérteken. Már majdnem abban a szakaszban van, hogy a laboratóriumból a kereskedelmi fejlesztésekbe lépjünk. ' Arról nincs hír, hogy ezek a grafén kondenzátorok mikor kerülnek piacra, de a grafit-oxid oldat-alapú kémiai redukciója az egyik legvalószínűbb út a grafén kereskedelmi forgalomba hozatalához.