Grafénové superkapacitory: ďalšia revolúcia?

Kondenzátory, alebo tiež kapacitory, sú elektronické súčiastky, ktoré viažu elektrický náboj, ktorého veľkosť závisí priamo úmerne od plochy elektród a fyzikálnych vlastností dielektrika (permitivity) a nepriamo úmerne od vzdialenosti medzi elektródami. V obvodoch sa využívajú hlavne kvôli vlastnostiam, ktoré sa prejavujú pri prechode striedavých prúdov – ideálny kondenzátor jednosmerný prúd nevedie, ktorým kladú takzvaný jalový odpor. Spolu s indukciami (cievkami) a rezistormi sa tak dajú vytvárať obvody, ktoré umožňujú elektroinžinierom stvárať rôzne podivné obvody.

Ak je však kondenzátor dostatočne veľký, dokáže v sebe viazať taký veľký náboj (a pri vybití uvoľniť takú energiu), že začína byť zaujímavý aj z iného hľadiska. Takýto superkapacitor môže slúžiť ako špecifický akumulátor energie. Na rozdiel od batérií sa dokáže extrémne rýchlo nabiť, ale v prípade potreby aj vybiť. Dokáže teda na veľmi krátky čas vytvoriť veľký prúd. Táto vlastnosť superkapacitorov sa začína využívať v špecifických aplikáciách, napr. v bleskoch pre fotoaparáty. Batérie však superkapacitormi ohrozené zďaleka nie sú, pretože tieto súčiastky zatiaľ nie sú schopné uskladniť dostatočné množstvo energie. Hoci aj tu sa dá ich kapacita znásobiť paralelným zapojením viacerých superkapacitorov. Ak by sa podarilo vytvoriť takéto zásobníky energie s dostatočnou kapacitou a za prijateľnú cenu, bol by to fantastický pokrok. Životnosť superkapacitorov v nabíjacích cykloch totiž o niekoľko rádov prevyšuje životnosť batérií a zaujímavé sú aj spomenuté nabíjacie a vybíjacie časy.

grafén

Štruktúra grafénu je nielen krásna a pevná, ale je aj zdrojom ďalších fyzikálnych prekvapení. Obr.: Wikipedia

Nádej, že sa to podarí, prinášajú superkapacitory na báze grafénu. Vedci z Monash University v austrálskom Melbourne tvrdia, že vyvinuli technológiu na výrobu lacných grafénových superkapacitorov (grafén je modifikácia uhlíka o hrúbke jednej atómovej vrstvy so šesťuholníkovým usporiadaním atómov), ktorá je „blízko komerčnej využiteľnosti“. Jednou z nevýhod superkapacitorov je nízka energetická hustota, ktorá sa pohybuje len na úrovni 5-8 Wh/l.

Profesor Dan Li z katedry materiálového inžinierstva na Monash University so svojim tímom však vytvoril  na báze grafénu superkapacitor s hustotou energie 60 Wh /liter, teda asi 12-krát vyššou ako u komerčne dostupných superkapacitorov. Ide o rovnakú energetickú hustotu, akú dosahujú olovené akumulátory s elektrolytom na báze kyseliny sírovej. Otvorí sa tak cesta pre využitie superkapacitorov napríklad ako zdroj energie v elektromobiloch, alebo na akumuláciu elektriny z fotovoltaických a veterných elektrární.

Na rozdiel od konvenčných superkapacitorov, ktoré sú všeobecne vyrobené z vysoko porézneho uhlíka so zbytočne veľkými pórmi a spoliehajú sa na tekutý elektrolyt pri preprave elektrického náboja, tekutý elektrolyt v nových superkapacitoroch zohráva dvojakú úlohu –  vedie elektrický náboj a tiež zachováva nepatrnú medzeru medzi listami grafénu. Tým sa maximalizuje hustota, bez toho aby bola ohrozená pórovitosť elektród. Pri výrobe elektród použili vedci údajne podobnú metódu, aká sa používa pri výrobe papiera, informovala Monash University na svojich stránkach. Ide o nízkonákladovú technológiu, ktorá je navyše natoľko zrelá, že môže čoskoro prekročiť brány laboratórií a komercionalizovať sa, povedal profesor Li.

Komentáre k článku