reklama

Wysmażone pomponiki z grafenu sposobem na pojemne i tanie akumulatory

Strona główna Aktualności

O autorze

Hodowca maszyn wirtualnych i psów, poza tym stary linuksiarz, bonvivant i śmieszek. W 2012 roku napisał na DP o algorytmie haszowania Keccak i wciąż pamięta, jak on działa.

Z jednej strony zużywające coraz więcej energii komponenty urządzeń mobilnych, z drugiej strony akumulatory Li-ion, niczym specjalnym nie różniące się od modeli używanych kilka lat temu – to nie jest dobre połączenie. Niestety mimo licznych starań, większość alternatywnych metod na przechowywanie energii nie wychodzi poza stadium laboratoryjne. Teraz za sprawą koreańskich chemików pojawia się szansa na wyjście z tego impasu – udało im się znaleźć metodę opłacalnej produkcji elektrod z grafenu, pozwalających na budowę akumulatorów o nawet trzykrotnie większej pojemności i znacznie dłuższym cyklu życia niż obecnie stosowane.

Produkcja grafenu na skalę przemysłową wciąż umyka nawet najbardziej doświadczonym firmom z branży chemicznej. Początkowo nikt nie spodziewał się takiego obrotu sprawy – pierwszą warstwę grafenu zrobiono przecież za pomocą zwykłej taśmy klejącej, przyklejanej i odrywanej od warstwy grafitu. Mijały jednak lata, a rozmaite technologie produkcji okazywały się albo ogromnie kosztowne albo nieskalujące się poza laboratorium. Największym wyzwaniem było ułożenie grafenu w docelowe struktury, takich jak np. trójwymiarowe elektrody, które zachowałyby pełną charakterystykę dwuwymiarowych, nanoskopowych warstw.

Zaproponowane przez Koreańczyków rozwiązanie wygląda bardzo ciekawie. W opublikowanym w najnowszym numerze naukowego periodyku Chemistry of Materials artykule pt. Spray-Assisted Deep-Frying Process for the In Situ Spherical Assembly of Graphene for Energy-Storage Devices opisują oni nowatorską metodę „smażenia” grafenu, prowadzącą do spontanicznego formowania się trójwymiarowych cząstek, zachowujących pożądane właściwości dwuwymiarowych struktur.

Zaczyna się od tlenku grafenu, czyli stosu kilku warstw utlenionego grafenu o rozpiętości do kilkuset mikrometrów, którego płatki wprowadzane są do ultradźwiękowego rozpylacza. Ten pod wysokim ciśnieniem wystrzeliwuje je w postaci grafenowych mikrosfer do superrozgrzanego (160°C) organicznego rozpuszczalnika, zawierającego czynnik redukcyjny. Połączenie wysokiej temperatury i działania środka redukującego prowadzi do gwałtownego odgotowania wilgoci na powierzchni mikrosfer. Szybkość tej reakcji sprawia, że opuszczająca mikrosferę woda powoduje wypchnięcie grafenowych włókien na zewnątrz, tworząc w ten sposób promieniście ułożone warstwy, przypominające pomponiki na zimowych czapkach. Grafenowe pomponiki łatwo następnie ściągnąć z powierzchni roztworu.

W ten sposób uzyskujemy trójwymiarowe cząsteczki w niedrogim i szybkim procesie. Zbudowane z nich elektrody okazują się mieć pojemność na poziomie 1500-1650 mAh/cm3, ponad trzykrotnie większej niż pojemność tradycyjnych anod grafitowych (ok. 372 mAh/cm3). Sam proces pozwala na o wiele więcej – badacze rozważają np. tworzenie materiałów hybrydowych, w których wewnątrz grafenowych „pomponików” znajdą się nanocząstki krzemu, i które można byłoby bezpośrednio zastosować w ogniwach litowo-jonowych. Pozwoliłoby to wielokrotnie wydłużyć ich żywotność, chroniąc je przed konsekwencjami zmian objętości struktur krzemowych w trakcie procesów elektrochemicznych.

Szansa na wdrożenie tego rozwiązania jest spora – praca realizowana była w ramach grantów przyznanych przez koreańskie Ministerstwo Gospodarki bazującej na Wiedzy i Koreańskiego Instytutu Oceny i Planowania Technik Energetycznych, a kilku uczestniczących w niej badaczy to pracownicy GS Energy, jednej z wiodących firm sektora energetycznego Korei Południowej.

© dobreprogramy
reklama

Komentarze

reklama