Grafen er et materiale bestående av ett eneste lag karbonatomer, og er dermed det tynneste materialet som er mulig å fremstille. Dette har en hel del fantastiske egenskaper, og nå har forskere funnet ut hvordan det kan brukes til å lage batterier.
Ved å ta et lite ark med dette materialet og stråle det med en laser eller kamerablits, bryter det opp med utallige porer og sprekker. Dette gir grafenet egenskapen å kunne lades og utlades ti ganger raskere enn vanlige anoder av grafitt, som brukes i batteriene vi har i dag (litium-ion).
Dagens batterier er trege
Oppladbare litiumbatterier er standarden vi nå bruker i mobiltelefoner, bærbare datamaskiner, nettbrett og mange andre produkter. Disse batteriene kan lagre store mengder energi, men lider i dag av å være ganske trege til å både motta og avgi energi. Derfor tar det fort en time og vel så det å lade mobiltelefonen eller datamaskinen din, og biler kan heller få batteridrift uten å koble en kondensator etter batteriet, for å kunne håndtere krevende funksjoner som akselerasjon og brems.
Løsningen: «defekt» grafén
Ingeniører ved Rensselaer Polytechnic Institute i New York, med ekspert på nanomaterialer Nikhil Koratkar i spissen, har gått inn for å løse dette problemet og lage et nytt batteri som både kan holde store mengder energi, men også både motta og avgi denne energien hurtig. Slik kan man unngå å måtte pare litiumbatterier med superkondensatorer i elektriske biler og dermed oppnå enklere drift av elektromotorer som kun bruker batterier med høy lagringskapasitet og hurtighet. Koratkar har tiltro til at det nye batteriet, laget ved å lage ”defekter” i grafén, er et viktig steg på veien mot dette målet. Slike batterier kan også kraftig forkorte ladetiden av portable elektroniske produkter som mobiltelefoner og datamaskiner, og også medisinsk utstyr til førstehjelp.
Oksidering
I dag lages litiumbatterier med grafitt som hovedingrediens. Dette er det samme karbonmaterialet man finner i blyanter. Grafén er det samme materialet, men kun ett karbonatom tykt, i et mønster som likner hønsenetting eller bikuber på nanoskalaen. Dette materialet er langt mer effektivt i å motta og avlevere energi raskt. Grafitt er nemlig tregt fordi litiumionene kun kan entre eller forlate grafittanoden fra kantene og sakte vandre langs lengden av de individuelle lagene med grafen. Men så kom Koratkar frem til å lage et ark med grafén. Når dette arket ble eksponert for en laser eller en vanlig fotoblits, oksiderte det, altså oksygenatomene forlot materialet raskt og brutalt, og grafenet ble etterlatt bulket, sprukket og faktisk fem ganger tykkere. Forskerne fant ut at dette skadde laget med grafén fungerte meget godt som en anode til et litiumbatteri. Mens litiumionene tidligere måtte vandre hele arklengden med grafitt for å lagre og avgi energi, brukte ionene nå sprekkene og porene som snarveier for å vandre hurtig inn og ut av grafenet. Det kunne nå lagre og avgi energi 10 ganger raskere enn tidligere, uten merkbart tap i lagringskapasiteten. Grafenet fortsatte å yte, selv etter mer enn 1.000 sykluser med lading og utlading.
I følge Koratkar er det enkelt å skalere opp de nye grafénanodene, til å tilpasses industrielle behov. Oppdagelsen avventer nå patent.
Kilde: sciencedaily.com
(Hovedbilde: Rensselaer/Koratkar)
