Υψηλή χωρητικότητα και αστραπιαία φόρτιση: Η νέα μπαταρία γραφενίου τα αλλάζει όλα!

Η επαναφόρτιση των ηλεκτρονικών μας συσκευών, των αυτοκινήτων ή ακόμα και των ενεργειακών δικτύων ίσως σύντομα πάψει να αποτελεί σοβαρό ζήτημα. Μια νέα μορφή γραφενίου, που ανέπτυξε το Πανεπιστήμιο Monash στην Αυστραλία, υπόσχεται να αλλάξει ριζικά τον τρόπο με τον οποίο φορτίζουμε και αποθηκεύουμε ενέργεια.

Το κλασικό δίλημμα μέχρι σήμερα ήταν ξεκάθαρο: οι μπαταρίες μπορούν να αποθηκεύσουν μεγάλες ποσότητες ενέργειας, αλλά χρειάζονται χρόνο για να φορτίσουν. Οι υπερπυκνωτές, αντίθετα, φορτίζουν σχεδόν άμεσα, όμως η ενεργειακή τους χωρητικότητα παραμένει περιορισμένη. Το νέο υλικό που προέκυψε από την έρευνα φαίνεται να ισορροπεί ιδανικά ανάμεσα σε αυτές τις δύο κατηγορίες, συνδυάζοντας υψηλή αποθήκευση με ταχύτατη φόρτιση.

Η ουσία της ανακάλυψης βρίσκεται στο multiscale reduced graphene oxide (M-rGO), μια τροποποιημένη εκδοχή γραφενίου που προέρχεται από φυσικό γραφίτη – άφθονο στην Αυστραλία. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι με μια εξαιρετικά γρήγορη θερμική επεξεργασία το υλικό αποκτά υπερβολικά καμπυλωτή μορφή, δημιουργώντας οργανωμένα κανάλια στα οποία τα ιόντα κινούνται ταχύτατα και ομαλότατα. Το αποτέλεσμα είναι ότι σχεδόν ολόκληρη η επιφάνεια του υλικού καθίσταται διαθέσιμη για αποθήκευση φορτίου.

Τα νούμερα μιλούν από μόνα τους: η ενεργειακή πυκνότητα φτάνει τα 99,5 Wh ανά λίτρο, τιμή συγκρίσιμη με εκείνη των κλασικών μπαταριών μολύβδου-οξέος. Ωστόσο, η μέγιστη ισχύς εκτινάσσεται στα 69,2 kW ανά λίτρο, κάτι που σημαίνει ότι η φόρτιση και η εκφόρτιση μπορούν να γίνουν σχεδόν ακαριαία. Παράλληλα, οι δοκιμές δείχνουν εξαιρετική αντοχή στον χρόνο: οι κύκλοι φόρτισης και αποφόρτισης δεν υποβαθμίζουν τη σταθερότητα του υλικού, στοιχείο κρίσιμο για την αξιοπιστία του σε καθημερινή χρήση.

Ο επικεφαλής του έργου, καθηγητής Mainak Majumder, τόνισε ότι αυτή η ανακάλυψη ανοίγει τον δρόμο για υπερπυκνωτές που σε πολλές περιπτώσεις θα μπορούσαν να αντικαταστήσουν πλήρως τις μπαταρίες. Η διαφορά είναι ότι δεν μιλάμε πλέον για θεωρητικές προτάσεις που μένουν στα εργαστήρια: χάρη στη startup Ionic Industries, που αποτελεί spinoff του Πανεπιστημίου Monash, το νέο υλικό ήδη παράγεται σε εμπορικές ποσότητες.

Οι εφαρμογές που μπορεί να έχει μια τέτοια τεχνολογία είναι τεράστιες. Τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα θα μπορούσαν να φορτίζουν σε λίγα μόλις λεπτά, καταρρίπτοντας έναν από τους βασικότερους φραγμούς στην ευρεία διάδοσή τους. Τα drones θα αποκτούσαν μεγαλύτερη αυτονομία, μειώνοντας τους περιορισμούς σε τομείς όπως οι μεταφορές, η χαρτογράφηση ή ακόμα και η έρευνα διάσωσης. Στον χώρο των φορητών συσκευών, τα smartphones και τα laptops θα έπαυαν να «κρατούν» τους χρήστες όμηρους των φορτιστών.

Αλλά οι επιπτώσεις δεν περιορίζονται στην καθημερινή χρήση. Το νέο υλικό μπορεί να αποδειχθεί καθοριστικό και για την ενσωμάτωση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας στα δίκτυα. Οι υπερπυκνωτές αυτοί θα μπορούσαν να συσσωρεύουν ενέργεια από τον ήλιο ή τον άνεμο και να την απελευθερώνουν στις ώρες αιχμής, σταθεροποιώντας έτσι τα ηλεκτρικά δίκτυα και μειώνοντας την εξάρτηση από συμβατικές πηγές.

Η ερευνητική ομάδα δεν εργάστηκε μόνη της. Η μελέτη υποστηρίχθηκε από το Australian Research Council, αλλά και από την Αμερικανική Πολεμική Αεροπορία, γεγονός που υπογραμμίζει το διεθνές ενδιαφέρον γύρω από τις δυνατότητες του M-rGO. Η δημοσίευση των αποτελεσμάτων στο έγκριτο περιοδικό Nature Communications επιβεβαιώνει τη βαρύτητα και την αξιοπιστία των ευρημάτων.

[via]