Możliwości aplikacyjne grafenu wciąż dalekie od wyczerpania

• Strona główna
• Artykuły
• Możliwości aplikacyjne grafenu wciąż dalekie od wyczerpania

Data publikacji: 2018-12-18 / Autor: Anna Jarosik

Globalne zapotrzebowanie na energię elektryczną stale wzrasta i jest ściśle powiązane z dążeniem do ograniczania zużycia paliw kopalnych. W efekcie zaś prowadzić ma do ograniczenia zanieczyszczeń powietrza.

Aby zrealizować założony cel, niezbędne jest zapewnienie wydajnych, opłacalnych i przyjaznych dla środowiska naturalnego urządzeń do magazynowania energii. Coraz większy rynek inteligentnych sieci energetycznych, pojazdów elektrycznych oraz pojazdów hybrydowych z napędem elektrycznym napędzają globalny rynek, wpływając na zwiększenie gęstości energii akumulatorów.

Komercyjne technologie stosowane w produkcji akumulatorów (tj. akumulatory litowo-jonowe, litowo-siarkowe, sodowo-jonowe oraz litowo-tlenowe) i superkondensatorów należą do jednych z najbardziej obiecujących układów magazynowania energii elektrycznej oraz zasilania. Głównym argumentem za ich stosowaniem i dalszym rozwojem jest ich wszechstronność aplikacyjna i ogromny potencjał, za sprawą wysokiej jakości, gęstości energii i mocy. Akumulatory litowe są obecnie dominującymi, mobilnymi źródłami zasilania przenośnych urządzeń elektronicznych wykorzystywanych w telefonach komórkowych i laptopach.

Chociaż dokonano już wielkich postępów w kwestii parametrów, m.in. wydajności i trwałości, to nadal praktycznie każdy typ akumulatora litowego ma problemy, które dość poważnie ograniczają jego praktyczne zastosowanie. Przykładowo dotyczy to elektrycznych pojazdów komercyjnych i samochodów ciężarowych. Wydajność tego typu urządzeń jest nierozerwalnie związana z właściwościami materiałów użytych do ich zbudowania.

Ponieważ odnawialne źródła energii cieszą się największym zainteresowaniem naukowców, to mocno pożądane są technologie przechowywania dużych ilości ładunku elektrycznego i energii. Pojazdy elektryczne oraz technologia związana z akumulatorami litowymi staną się stopniowo coraz bardziej znaczącym rynkiem. Szacunkowa wartość wskaźnika CAGR wyniesie ponad 20% do roku 2025.

Ze względu na wewnętrzne właściwości, takie jak duża powierzchnia i wysoka wartość przewodnictwa, grafen oraz materiały 2D, m.in. hybrydy nanokompozytowe, są uważane za doskonałych kandydatów do poprawy wydajności materiałów elektrodowych w urządzeniach do przechowywania i konwersji energii (np. baterie litowo-jonowe, superkondensatory, ogniwa paliwowe i ogniwa słoneczne).

Grafen ma wyjątkowe właściwości, jeśli chodzi o jego wykorzystanie w bateriach, akumulatorach i superkondensatorach, uwzględniając dużą powierzchnię właściwą (tj. 2630 m²/g), dobrą stabilność chemiczną oraz doskonałą przewodność elektryczną. Te właściwości sprawiają, że grafen jest doskonałym kandydatem jako katalizator wspierający konwersję energii i aplikacje do przechowywania. Jest to najczęściej badany zaawansowany materiał do przechowywania energii. Grafenowe nanopłateczki mogą zwiększyć skuteczność akumulatorów litowo-jonowych, gdy są używane do formułowania elektrod, dając znacznie krótsze czasy ładowania.

Zastosowania komercyjne dla grafenu obejmują m.in. bardzo małe kondensatory, elastyczne i rozciągliwe urządzenia do przechowywania energii, przezroczyste baterie oraz urządzenia o dużej pojemności i szybkim ładowaniu.

Obecnie wiele firm opracowuje aplikacje do magazynowania energii dla grafenu, w których to aplikacjach będzie możliwe i ekonomicznie opłacalne potencjalnie zastąpienie elektrody grafitowej znajdującej się w bateriach, superkondensatorach i ogniwach paliwowych. Aktualnie większość aktywności wykorzystuje grafen jako przewodzący dodatek do akumulatorów litowo-jonowych (LI-ion) i superkondensatorów.

badania i rozwójgrafen