Naukowcy opracowali nową formę grafenu — zwaną wieloskalowym zredukowanym tlenkiem grafenu (M-rGO), która znacznie poprawia energię i gęstość mocy superkondensatorów. Ten przełom może przyspieszyć rozwój szybszego ładowania i magazynowania energii o większej pojemności dla pojazdów elektrycznych (EV), przenośnej elektroniki i nie tylko.
Ograniczenia nowoczesnych technologii przechowywania danych
Tradycyjne baterie przechowują energię chemicznie, podczas gdy superkondensatory magazynują energię elektrochemicznie, oferując korzyści zarówno pod względem ilości energii, jaką mogą pomieścić w danej przestrzeni (gęstość energii), jak i szybkości jej przesyłania (moc). Jednak istniejące superkondensatory w przeszłości działały słabo ze względu na nieefektywność struktury grafenu, co ogranicza magazynowanie energii. Grafen, choć idealny do gęstych elektrod, ma tendencję do zlepiania się, ograniczając ruch jonów potrzebnych do ładowania i rozładowywania.
Nowe podejście: wieloskalowy zredukowany tlenek grafenu (M-rGO)
Naukowcy rozwiązali ten problem, opracowując M-rGO, materiał na bazie grafenu powstały w dwuetapowym procesie ogrzewania. Powstała struktura jest splątana i zakrzywiona, tworząc sieć z wieloma warstwami, które maksymalizują powierzchnię do magazynowania energii bez utraty mobilności jonów. Podejście to pozwala uniknąć niedociągnięć poprzednich struktur grafenu 3D, które często były nieporęczne i nieefektywne.
Konsekwencje dla pojazdów elektrycznych i innych obszarów
Potencjalne zastosowania M-rGO są szerokie:
- Pojazdy elektryczne: Krótszy czas ładowania i większy zasięg.
- Elektronika przenośna: Bardziej kompaktowe i wydajne baterie do smartfonów, laptopów i tabletów.
- Drony i urządzenia do noszenia: Lepsze dostarczanie mocy w kompaktowej obudowie.
Zespół badawczy włączył M-rGO do ogniw etui – elastycznych, laminowanych akumulatorów powszechnych w nowoczesnych urządzeniach. Pokazuje to praktyczność i skalowalność materiału, ponieważ grafit (surowiec) jest powszechny i niedrogi.
„Materiał ten może zrewolucjonizować sposób, w jaki podchodzimy do magazynowania energii, czyniąc superkondensatory o wysokiej wydajności realną alternatywą dla tradycyjnych akumulatorów w szerszym zakresie zastosowań”.
Wyniki opublikowane 15 września w Nature Communications pokazują, że M-rGO ma potencjał uwolnienia pełnego potencjału magazynowania energii opartego na grafenie. Rozwój ten stanowi znaczący krok w kierunku przyszłości, w której urządzenia ładują się szybciej, działają dłużej i wymagają mniej nieporęcznego sprzętu.
