Szybkość dzięki niedoskonałościom

Inżynierowie z Rensselaer Polytechnic Institute stworzyli cienką płachtę materiału złożoną z wielu warstw grafenu. Następnie płachtę podgrzewali za pomocą lasera lub lampy błyskowej, dzięki czemu powstały w niej liczne pęknięcia, dziury i inne niedoskonałości. W ten sposób powstała grafenowa anoda, którą można ładować i rozładowywać 10-krotnie szybciej niż współczesne grafitowe anody w bateriach litowo-jonowych.

Baterie litowo-jonowe są obecnie najszerzej wykorzystywanymi urządzeniami tego typu. Ich zaletami są wysoka gęstość energetyczna i zdolność do przechowywania dużej ilości energii, jednak charakteryzują niska gęstość mocy oraz niemożność szybkiego ładowania i rozładowywania. To właśnie przez ta niska gęstość mocy powoduje, że baterie litowo-jonowe ładują się powoli, co powoduje, że obecnie samochody elektryczne są wciąż niepraktyczne.

Technologia baterii litowo-jonowych jest wspaniała, ale poważnym problemem jest jej ograniczona gęstość mocy i niemożność szybkiego przyjmowania i uwalniania dużych ilości energii. Dzięki naszemu grafenowemu papierowi zawierającymi celowo wprowadzone niedoskonałości możemy pokonać to ograniczenie - mówi profesor Nikhil Koratkar, szef zespołu badawczego.

Naukowcy z Rensselaer stworzyli grafenowy - a konkretnie wykonany z tlenku grafenu- „papier“ o grubości standardowej kartki papieru do drukarki. Technologia jego produkcji jest dobrze opanowana, można wykonywać płachty o różnym kształcie i wielkości. Następnie część płacht poddano działaniu lasera, a część - standardowej lampy błyskowej. W obu przypadkach impulsy światła gwałtownie wypchnęły tlen z tlenku grafenu, co w efekcie dało płachty z niezliczonymi dziurami i pęknięciami. Ponadto ciśnienie wywołane przez uciekający tlen spowodowało pięciokrotne zwiększenie grubości „papieru“ i powstanie dużych przestrzeni pomiędzy poszczególnymi warstwami grafenu. Szybko okazało się, że taki materiał świetnie sprawdza się w roli anody. Jony litu powoli przemieszczają się przez standardowy grafen, jednak w tym wypadku liczne pęknięcia umożliwiły im błyskawiczne poruszanie się, zwiększając ogólną gęstość mocy baterii.

Zespół Koratkara dowiódł, że anoda zbudowana z nowego materiału pracuje 10-krotnie szybciej i wytrzymuje ponad 1000 cykli ładowania/rozładowywania.

Kolejnym celem naukowców jest połączenie nowego materiału anody z wysoko wydajnym materiałem katody i stworzenie w pełni działającego akumulatora.