Superkondenzatori umjesto baterija: grafenski hibridni materijal ima energetsku gustoću NiMH baterija!

Tim kojeg vodi Roland Fischer, profesor anorganske i organometalne kemije na Tehničkom sveučilištu u Münchenu (TUM), razvio je novi superkondenzator s posebno visokom razinom učinkovitosti…

Novi superkondenzator ima usporedive karakteristike s baterijama i akumulatorima koji se trenutno koriste. Baterije s litij-ionskom tehnologijom obično se koriste kao skladište energije u električnim automobilima i priključnim hibridima (ali i u prijenosnim računalima, fotoaparatima i mobitelima). Ugrađuju se i takozvani superkondenzatori, posebno u sportska vozila za sustave KERS.

Za razliku od baterija, oni mogu vrlo brzo pohraniti velike količine energije i podjednako ih brzo osloboditi. Na primjer, ako trkaći automobil koči prije zavoja, superkondenzatori posebno učinkovito pohranjuju energiju razliku kinetičke energije koja se pohranjuje. Potom, pri ubrzavanju nakon zavoja oslobađaju električnu energiju za dodatni pogon elektromotora i porast pogonske snage.

Problem superkondenzatora dosad bila je niska energetska gustoća. Dok litij-ionske baterije imaju do 265 Wh/h, superkondenzatori daju samo desetinu toga.

Fischerov je tim razvio novu vrstu materijala za takve superkondenzatore, koji rješavaju taj nedostatak. Upotrebom grafenskog hibridnog  materijala energetska je gustoća povećana 73 Wh/kg, na razinu mogućnosti nikal-metal-hidridnih baterija (NiMH). Uz to, gustoća snage od 16 kW/kg, također je znatno veća nego kod većine konvencionalnih superkondenzatora.

Tajna novog superkondenzatora je novi hibridni materijal grafena za pozitivnu elektrodu. Kao negativna elektroda koristi se provjereni materijal na bazi titana i ugljika. Novi materijal temelji se na grafenu, spoju koji se sastoji samo od dvodimenzionalno umreženih atoma ugljika. U kemijskom smislu, grafen je bliski srodnik grafita, u kojem su ovi slojevi ugljika također složeni jedan na drugi.

Istraživači TU München kemijski su (oksidacijom) grafen modificirali u grafensku kiselinu i kombinirali ga s nanostrukturiranim metalno-organskim okvirom, takozvanim metalnim organskim okvirom (MOF).

Visoka električna vodljivost grafenske kiseline i velika površina MOF-a s brojnim sitnim porama presudni su za izvedbu grafenskog hibridnog materijala. U porama se može nakupiti velik broj nosača naboja – koji višestruko povećavaju mogućnost pohrane električne energije. Nastali hibridni MOF-ovi imaju efektivnu unutarnju površine do 900 četvornih metara po gramu!

To nisu jedine prednosti novog materijala – on je i posebno trajan. Ako želite kemijski stabilan hibrid, trebaju vam čvrste veze između komponenata. U ovom se slučaju Fischer oslanja na veze koje su slične onima između aminokiselina u proteinima – stvara se vrsta peptidne veze.

Od novog superkondenzatora se očekuje 10.000 ciklusa punjenja i pražnjenja, a da pritom ne izgubi više od 10 posto kapaciteta. Za usporedbu: litij-ionska baterija ima  vijek trajanja od približno 5000 ciklusa.

Izvor: TU München

Komentari