grafen, akumulatorów sodowo-jonowych, akumulatory sodowe,

Grafen zapewnił 10-krotny wzrost pojemności akumulatorów sodowo-jonowych

To, jak cudownym materiałem jest grafen, pewnie czytaliście już nie raz. Ostatnio wyprodukowano z niego izolator i przewodnik ciepła w jednym, niewidzialną warstwę ochronną dla elektroniki i dzieł sztuki, czy wykazano, że jest kluczem do pojemniejszych dysków HDD. Dziś z kolei z jego wykorzystaniem doprowadzono do rekordowej pojemności akumulatorów sodowo-jonowych.

Tym razem o grafenie przypomnieli nam naukowcy ze Szwecji, a dokładniej mówiąc, z Chalmers University of Technology. Ci postanowili połączyć jego nowatorską formę z akumulatorem sodowo-jonowym i jak możecie się spodziewać, dokonali sporego odkrycia. Akcentuje to przede wszystkim publikacja ich pracy w dzienniku Science Advances, co wprawdzie gwarantem na rewolucję na rynku nie jest, ale to kolejna cegiełka do uczynienia naszej przyszłości „elektronami płynącej”.

Czytaj też: Cerebras CS-2 to największy procesor, przewyższający możliwościami ludzki mózg

Dzięki grafenowi pojemność akumulatorów sodowo-jonowych wspięła się na wyżyny. Jak tego dokonano?

Obecnie akumulatory wykorzystują głównie lit, który jest drogi, występujący w naturze w relatywnie małych ilościach, trudny do wydobycia i recyklingu. Stąd pomysł jego zastąpienia sodem. Ten nie zmieniłby podstawowego działania litowo-jonowych odpowiedników, nadal generując energię elektryczną poprzez przesyłanie jonów między parą elektrod w ciekłym elektrolicie, ale jest z nim mały problem. Na ten moment możliwości akumulatorów sodowo-jonowych są na tyle niskie, że wymagają jeszcze wielu lat pracy, aby osiągnąć satysfakcjonujący poziom.

Czytaj też: Chiński statek kosmiczny o długości kilku kilometrów? Plany już ruszyły

Wspomniani naukowcy postanowili rozwiązać jedną z największych bolączek sodu, którego jony są znacznie większe od jonów litu, przez co nie reagują aż tak dobrze z elektrodami grafitowymi, które składają się z ułożonych warstw grafenu. To właśnie znacznie zmniejsza potencjał akumulatora sodowo-jonowego i zapewnia mu pojemność około 35 mAh/g, czyli jedną dziesiątą tego, co ma na ten moment do zaoferowania litowo-jonowy odpowiednik.

Rozwiązaniem okazał się grafen Janusa (tak, tego rzymskiego boga o dwóch twarzach), który posiada molekuły tylko po jednej stronie. Te działają zarówno jako przerywniki, jak i miejsca aktywnej interakcji dla jonów sodu. To jego wykorzystano w produkcji elektrod, dzięki czemu osiągnęli pojemność rzędu 332 mAh/g w eksperymentalnym akumulatorze, a więc około 10 razy większą w porównaniu do dotychczasowych akumulatorów sodowo-jonowych.

Czytaj też: Dane przesyłane światłem i sygnałami elektrycznymi jednocześnie. To nie fikcja, to nośnik z perowskitu

W tym przypadku molekuły obecne tylko na jednej stronie materiału grafenowego ułatwiają interakcje elektrostatyczne między połączonymi ze sobą arkuszami, jednocześnie tworząc między nimi więcej przestrzeni, co wedle naukowców zapewniło ogromny wzrost wydajności.

Gdy warstwy są ułożone razem, cząsteczka tworzy większą przestrzeń między arkuszami grafenu i zapewnia punkt interakcji, co prowadzi do znacznie wyższego Pojemność.

– wyjaśnia członek zespołu Jinhua Sun.