Uhlík a voda - budoucnost akumulátorů

Tyto zásobárny by mohly disponovat kapacitou dnešních lithiových baterií, ale na rozdíl od nich by je bylo možno nabíjet v časovém rozmezí pouze několika sekund. Navíc by měly mít prakticky neomezenou trvanlivost. Tu bohužel dnešní lithiové akumulátory postrádají, dobře to znáte z používání svého notebooku nebo chytrého telefonu. Akumulátor je totiž většinou to první, co v přístroji musíte vyměnit. Problém krátké životnosti lithiových akumulátorů bude brzy omezovat také funkčnost elektromobilů.

Na vývoji nových baterií, konkrétně superkondenzátorů (superkapacitorů) na bázi grafenu, pracují např. doktor Dan Li a jeho tým z katedry materiálového inženýrství na zmíněné australské Monash University. Grafen si můžeme představit jako velmi jemné šestiúhelníkové nanopletivo, v jehož uzlech se nacházejí jednotlivé atomy uhlíku. Tento materiál vznikne zpracováním uhlíkových nanotrubiček - jejich válcovité útvary se rozvinou do roviny. Grafen, tedy vrstva uhlíku o tloušťce jednoho atomu, skrývá velký potenciál nejen v oblasti elektroniky.

Grafen je totiž mimořádně silný a odolný materiál s velkou elektrickou vodivostí. Jeho další výhodou je obrovská kontaktní plocha, která je vhodná pro vytváření elektrických kondenzátorů s vlastnostmi, jež jsou pro skladování energie velmi výhodné. Zásadním problémem je tady ale fakt, že pokud se grafen navrství do struktur, jejichž rozměry jsou porovnatelné s věcmi viditelného světa kolem nás, tenké vrstvy grafenu se okamžitě spojují a vytvoří znovu obyčejný grafit, tedy tuhu.

Jednotlivé monoatomární vrstvy uhlíku je tedy třeba od sebe spolehlivě oddělit, aby cenný materiál nedegeneroval a neztratil potřebné vlastnosti. Během výzkumu se ukázalo, že pro oddělení vrstev dobře poslouží voda. Plátky grafenu je nutné navlhčit, aby se vytvořila určitá forma gelu. Mezi sousedními vrstvami rovinného uhlíkového pletiva se tak vytvoří dostatečně silné odpudivé síly, které zaručují trvanlivost grafenového superkondenzátoru. Grafenový gel pak vykazuje mnohem lepší energetické vlastnosti než jiné současné uhlíkové prvky s podobnou strukturou. Takto zkonstruované akumulátory by v budoucnosti pomohly nejen v oblasti spotřební elektroniky a elektromobilů, ale také by umožnily vyřešit strategickou akumulaci energie ve velkých rozvodných soustavách.

Zdroje: Monash University, R&D Mag