Akumulator o dużej pojemności elektrycznej z możliwością bardzo szybkiego ładowania

Nowo odkryty silnie porowaty węglowy materiał, dzięki ogromnej aktywnej powierzchni doskonale nadaje się do wykorzystania jako element super wydajnych baterii, które połączą w sobie dwie sprzeczne cechy - dużą pojemność elektryczną oraz możliwość bardzo szybkiego ładowania. A wszystko to, dzięki naukowemu przypadkowi informuje „Science”.

„Poważną” nauką rządzi przypadek. Choć większość naukowców się do tego nie przyzna, znacząca część najważniejszych odkryć powstała w zasadzie dzięki przypadkowi. Czasami los bywa wsparty błędem naukowca, niewiedzą lub po prostu przeoczeniem, które w konsekwencji stwarza warunki do powstania czegoś zupełnie nowego (najlepszym przykładem mogą być wczesne badania laureata Nagrody Nobla - profesora Shirakawy).

Podobna historia miała miejsce w laboratorium profesora R. Ruof’a z University of Texas (USA). Współpracujący z nim naukowcy mieli za zadanie przeprowadzenie prostej procedury aktywacji węgla za pomocą wodorotlenku potasu. Błędu jako tako nie popełniono, jednak zamiast stosowanego zwykle węgla pochodzenia biologicznego produkowanego z łupin orzechów kokosowych, użyto tlenek grafenu, a dokładniej materiał złożony z atomowej grubości grafenowych płatków. Sądzono, że procedura zakończy się wytworzeniem licznych dziur w grafenowych warstwach.

Nieco niespodziewanie, w efekcie powyżej opisanej reakcji powstał nowy, silnie porowaty węglowy materiał o złożonej trójwymiarowej strukturze.

Według autorów odkrycia, kluczowym dla syntezy porowatego węglowego materiału jest odpowiednie stężenie wodorotlenku potasu - nie może być za duże, gdyż w konsekwencji cały dostępny w grafenie węgiel przereaguje, tworząc niechciany w tym przypadku węglan potasu.

W dalszych testach, naukowcy zbudowali z nowo otrzymanego porowatego materiału elektrodę superkondensatora, którą wraz z elektrolitem utworzonym z cieczy jonowych przetestowano w celu określenia parametrów fizykochemicznych urządzenia.

Okazało się, że oba użyte komponenty (porowata węglowa elektroda o bardzo rozbudowanej powierzchni oraz ciecz jonowa) doskonale współpracują ze sobą, dzięki czemu układ wykazuje właściwości superbaterii. Oznacza to, że teoretycznie nowa bateria, posiadając pojemność elektryczną podobną do zwykłych samochodowych akumulatorów ołowiowych, wykazuje jednoczesną zdolność błyskawicznego ładowania (niczym kondensator).

Niestety, jak przyznaje autor odkrycia, na tym etapie badań nowy materiał nie nadaje się do komercyjnego zastosowania, lecz jego modyfikacja i w konsekwencji komercjalizacja jest jedynie kwestią czasu.

(a) zawiesina tlenku grafenu (G-O) w węglanie propylenu (PC) oraz poli-jonowej cieczy - zmodyfikowanego zredukowanego tlenku grafenu (PIL: RG-O) w węglanie propylenu (PC). 

(b) Skan mikroskopii elektronowej płatków PIL: RG-O

(c) Zdjęcie transmisyjnej mikroskopii elektronowej płatków PIL: RG-O

(d) Schemat superkondensatora na podstawie elektrod PIL: RG-O i jonowej cieczy elektrolitu (EMIM-NTf2)

Źródło: PAP