Υπέρ – Πυκνωτές από γραφένιο καταρρίπτουν το ρεκόρ χωρητικότητας

24grammata.com /θετικές επιστημες

Υπέρ- Πυκνωτές από γραφένιο καταρρίπτουν το ρεκόρ χωρητικότητας

Για το γραφένιο διαβάστε το άρθρο The rise of graphene (αγγλική γλώσσα) κλικ εδώ

Ερευνητές στις ΗΠΑ έχουν κατασκευάσει ένα υπέρ-πυκνωτή βασισμένο στο υλικό γραφένιο (μόνο-ατομικό φύλλο από άτομα άνθρακα) που μπορεί να αποθηκεύσει τόση ενέργεια ανά μονάδα μάζας όσο και οι υβριδικές μπαταρίες των μετάλλων νικελίου.

Αντίθετα από τις μπαταρίες αυτές, ο υπέρ-πυκνωτής μπορεί να φορτιστεί ή να εκφορτιστεί σε μερικά λεπτά ή ακόμα και σε μερικά δευτερόλεπτα. Η νέα συσκευή έχει μια συγκεκριμένη ενεργειακή πυκνότητα 85.6 Wh/kg στη θερμοκρασία δωματίου και 136 Wh/kg στους 80 °C. Αυτές είναι οι υψηλότερες τιμές για ένα διπλού στρώματος υπέρ-πυκνωτή βασισμένο σε νάνο-υλικά από άνθρακα.

Οι υπέρ-πυκνωτές, ακριβέστερα γνωστοί ως ηλεκτρικοί πυκνωτές διπλού στρώματος ή ηλεκτροχημικοί πυκνωτές, μπορούν να αποθηκεύσουν πολύ περισσότερο φορτίο σε σχέση με τους συμβατικούς πυκνωτές.

Ένα σημαντικό χαρακτηριστικό γνώρισμα των υπέρ-πυκνωτών είναι ότι υπάρχει ένα εξαιρετικά στενό χάσμα μεταξύ των ηλεκτροδίων. Αυτό σημαίνει ότι ένα μεγάλο πόσο ηλεκτρικού φορτίου μπορεί να αποθηκευτεί σε έναν πολύ μικρό σχεδόν μικροσκοπικό όγκο.

Η νέα συσκευή έγινε από τον Bor Jang των US-Βased Nanotek Instruments & Co. Ένα φύλλο άνθρακα με μόνο ένα άτομο (μόνο-ατομικό φύλο) είναι ένας πολύ καλός ηλεκτρικός αγωγός καθώς επίσης και ένα εξαιρετικά ισχυρό και εύκαμπτο υλικό.

“Αυτή η νέα τεχνολογία χρησιμεύει για μια ενεργειακή συσκευή αποθήκευσης που αποθηκεύει σχεδόν τόσο ενέργεια όσο και μια μπαταρία αλλά που μπορεί να επαναφορτιστεί σε μερικά λεπτά η δευτερόλεπτα” εξηγεί ο Bor Jang. “Πιστεύουμε ότι αυτό είναι αληθινά μια σημαντική ανακάλυψη στην περιοχή της ενεργειακής τεχνολογίας.”

Η συσκευή μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να επαναφορτίσει, κινητά τηλέφωνα, ψηφιακές κάμερα και μικροϋπολογιστής. Η ομάδα που περιλαμβάνει τους επιστήμονες της Angstron Materials στις ΗΠΑ και το Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο Dalian στην Κίνα, δουλεύει τώρα σκληρά για να βελτιώσει περαιτέρω την ενεργειακή πυκνότητα της συσκευής.

“Ο στόχος μας είναι να κάνουμε έναν υπέρ-πυκνωτή που αποθηκεύει τόση ενέργεια όσο και οι καλύτερες λίθιο-ιονικές μπαταρίες αλλά που μπορεί να επαναφορτιστεί σε λιγότερο από δύο λεπτά” προσθέτει ο Bor Jang.

Η ομάδα του Jang αρχικά ανακάλυψε το 2006 ότι το γραφένιο θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ως υλικό ηλεκτροδίων για υπέρ-πυκνωτές. Από τότε οι επιστήμονες σε όλο τον κόσμο έχουν κάνει μεγάλους προόδους στη βελτίωση της συγκεκριμένης ικανότητας αυτών των ηλεκτροδίων.

Βέβαια οι πραγματικές συσκευές υπολείπονται ακόμα των θεωρητικών τιμών της χωρητικότητας των 550 F/g. “Παρά το θεωρητικά υψηλό συντελεστή επιφάνειας ανά μάζας του γραφένιου, ένας υπέρ-πυκνωτής των 550 F/g δεν έχει επιτευχθεί σε μια πραγματική συσκευή και αυτό γιατί τα φύλλα γραφένιου τείνουν να κολλήσουν μεταξύ τους” εξηγεί ο Jang και προσθέτει, “προσπαθούμε να υπερνικήσουμε αυτό το πρόβλημα με την ανάπτυξη μιας στρατηγικής που αποτρέπει τα φύλλα του γραφένιου να κολλήσουν το ένα με το άλλο. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί εάν κυρτά φύλλα γραφένιου χρησιμοποιηθούν αντί των επιπέδων”.

Πηγή: Physics World
http://www.physics4u.gr/