Vědci vyvinuli novou formu grafenu – nazývanou multiscale redukovaný oxid grafenu (M-rGO) – který výrazně zlepšuje energetickou a výkonovou hustotu superkondenzátorů. Tento průlom by mohl urychlit vývoj rychlejšího nabíjení a ukládání energie s vyšší kapacitou pro elektromobily (EV), přenosnou elektroniku a další.
Omezení moderních úložných technologií
Tradiční baterie ukládají energii chemicky, zatímco superkondenzátory ukládají energii elektrochemicky, což nabízí výhody jak v množství energie, kterou mohou pojmout v daném prostoru (hustota energie), tak v rychlosti, jakou ji přenáší (výkon). Stávající superkondenzátory však historicky fungovaly špatně kvůli neefektivnosti grafenové struktury, která omezuje ukládání energie. Grafen, i když je ideální pro husté elektrody, má tendenci se shlukovat, což omezuje pohyb iontů potřebných pro nabíjení a vybíjení.
Nový přístup: Vícestupňový redukovaný oxid grafenu (M-rGO)
Výzkumníci tento problém vyřešili vyvinutím M-rGO, materiálu na bázi grafenu vytvořeného dvoustupňovým procesem zahřívání. Výsledná struktura je propletená a zakřivená a vytváří síť s více vrstvami, které maximalizují povrchovou plochu pro skladování energie bez obětování mobility iontů. Tento přístup obchází nedostatky předchozích 3D grafenových struktur, které byly často objemné a neefektivní.
Důsledky pro elektrická vozidla a další oblasti
Potenciální aplikace M-rGO jsou široké:
- Elektrická vozidla: Rychlejší časy nabíjení a delší dojezd.
- Přenosná elektronika: Kompaktnější a výkonnější baterie pro chytré telefony, notebooky a tablety.
- Drony a nositelná zařízení: Vylepšená dodávka energie v kompaktním provedení.
Výzkumný tým začlenil M-rGO do pouzdrových článků – flexibilních laminovaných bateriových sad běžných v moderních zařízeních. To demonstruje praktičnost a škálovatelnost materiálu, protože grafit (surovina) je hojný a levný.
„Tento materiál by mohl způsobit revoluci ve způsobu, jakým přistupujeme k ukládání energie, a učinit z vysoce výkonných superkondenzátorů životaschopnou alternativu k tradičním bateriím v širším spektru aplikací.“
Výsledky zveřejněné v Nature Communications 15. září ukazují, že M-rGO má potenciál uvolnit plný potenciál ukládání energie na bázi grafenu. Tento vývoj je významným krokem k budoucnosti, kde se zařízení nabíjejí rychleji, vydrží déle a vyžadují méně objemné vybavení.
