Wetenschappers hebben een nieuwe vorm van grafeen ontwikkeld – multiscale gereduceerd grafeenoxide (M-rGO) genoemd – die de energie- en vermogensdichtheid in supercondensatoren dramatisch verbetert. Deze doorbraak zou de ontwikkeling van sneller opladende energieopslag met een hogere capaciteit voor elektrische voertuigen (EV’s), draagbare elektronica en meer kunnen versnellen.
De grenzen van de huidige opslagtechnologie
Traditionele batterijen slaan energie chemisch op, terwijl supercondensatoren deze elektrochemisch opslaan, wat voordelen biedt in zowel de hoeveelheid energie die ze in een bepaalde ruimte kunnen vasthouden (energiedichtheid) als hoe snel ze deze kunnen leveren (vermogensdichtheid). De huidige supercondensatoren hebben historisch gezien ondermaats gepresteerd vanwege inefficiënties in de manier waarop de structuur van grafeen de energieopslag beperkt. Grafeen is weliswaar ideaal voor dichte elektroden, maar heeft de neiging samen te klonteren, waardoor de beweging van ionen die nodig zijn voor het opladen en ontladen wordt beperkt.
Een nieuwe aanpak: meerschalig gereduceerd grafeenoxide (M-rGO)
Onderzoekers hebben dit probleem opgelost door M-rGO te ontwikkelen, een grafeenmateriaal dat ontstaat door een tweestaps verwarmingsproces. De resulterende structuur is verward en gebogen, waardoor een netwerk ontstaat met meerdere niveaus die het oppervlak voor energieopslag maximaliseren zonder de ionenmobiliteit op te offeren. Deze aanpak omzeilt de nadelen van eerdere 3D-grafeenstructuren, die vaak omvangrijk en inefficiënt waren.
Gevolgen voor elektrische voertuigen en meer
De potentiële toepassingen van M-rGO zijn breed:
- Elektrische voertuigen: Snellere oplaadtijden en groter bereik.
- Draagbare elektronica: Kleinere, krachtigere batterijen voor smartphones, laptops en tablets.
- Drones en wearables: Verbeterde vermogensafgifte in compacte vormfactoren.
Het onderzoeksteam integreerde M-rGO in buidelcellen – flexibele, gelamineerde batterijpakketten die veel voorkomen in moderne apparaten. Dit toont de bruikbaarheid en schaalbaarheid van het materiaal aan, aangezien grafiet (de grondstof) overvloedig en goedkoop is.
“Dit materiaal zou de manier waarop we energieopslag benaderen fundamenteel kunnen veranderen, waardoor krachtige supercondensatoren een levensvatbaar alternatief kunnen worden voor traditionele batterijen in een breder scala aan toepassingen.”
De bevindingen, gepubliceerd in Nature Communications op 15 september, suggereren dat M-rGO het potentieel heeft om de volledige mogelijkheden van op grafeen gebaseerde energieopslag te ontsluiten. Deze ontwikkeling is een belangrijke stap in de richting van een toekomst waarin apparaten sneller opladen, langer meegaan en minder omvangrijke hardware vereisen.
