Superkondensatory z nowym grafenem prześcigają dotychczasowe technologie

Inżynierowie z Monash University ogłosili przełom, który może zdefiniować przyszłość elektryfikacji transportu i urządzeń szybkiego ładowania. Zespół badawczy opracował innowacyjną strukturę grafenową znacząco zwiększającą możliwości magazynowania energii i moc wyjściową superkondensatorów. To osiągnięcie, opublikowane w Nature Communications, może wprowadzić tę kategorię urządzeń do masowego użytku – od samochodów elektrycznych, przez magazyny energii dla sieci elektroenergetycznych, po elektronikę codzienną.

Superkondensatory zyskują drugie życie

Superkondensatory od lat kuszą branżę energetyczną obietnicą błyskawicznego ładowania i praktycznie nieograniczonej żywotności. Ich słabością pozostawała jednak niska gęstość energii – zdolność do przechowywania mniejszej ilości energii niż tradycyjne baterie.

Nowa technologia opracowana przez australijski zespół przełamuje tę barierę, umożliwiając wykorzystanie znacznie większej części powierzchni węglowej, która odpowiada za akumulację ładunku w superkondensatorach.

„Wystarczy zmienić sposób obróbki termicznej, aby odblokować znacznie większy potencjał powierzchni węgla” – wyjaśnia profesor Mainak Majumder, dyrektor ARC Research Hub for Advanced Manufacturing with 2D Materials (AM2D). „To otwiera drogę do szybkiego ładowania przy jednoczesnym magazynowaniu energii na poziomie zdolnym konkurować z klasycznymi akumulatorami”.

Nowa architektura grafenowa: M-rGO

Kluczem do sukcesu jest multiskalowy tlenek grafenu redukowanego (M-rGO) wytworzony z naturalnego grafitu – zasobu, którego Australia posiada wyjątkowo dużo. Dzięki błyskawicznemu procesowi wygrzewania termicznego powstała struktura grafenowa o wysokim stopniu zakrzywienia, wyposażona w precyzyjnie kontrolowane kanały transportu jonów.

Efekt? Szybkie przemieszczanie się jonów, rekordowa sprawność ładowania i zdolność oddawania mocy, której zwykłe baterie nie są w stanie osiągnąć.

Rekordowe parametry potwierdzone w realnych urządzeniach

Po zastosowaniu M-rGO w komercyjnych formatach typu pouch cell, badacze uzyskali:

• Gęstość energii: do 99,5 Wh/L – zbliżoną do tradycyjnych akumulatorów kwasowo-ołowiowych
• Gęstość mocy: aż 69,2 kW/L
• Błyskawiczne ładowanie oraz znakomitą stabilność cykliczną

Dr Petar Jovanović z ARC AM2D Hub podkreśla, że to jedne z najlepszych parametrów, jakie kiedykolwiek zarejestrowano dla superkondensatorów na bazie węgla – a co równie ważne, technologia jest skalowalna i oparta na surowcach łatwo dostępnych w Australii.

Od laboratorium do przemysłu

Komercjalizacją nowej technologii zajmuje się spin-off Monash University – Ionic Industries. Firma już produkuje przemysłowe ilości innowacyjnych materiałów grafenowych i prowadzi pilotażowe wdrożenia z partnerami z sektora magazynowania energii.

„Skupiamy się na zastosowaniach, w których kluczowe jest jednoczesne uzyskanie dużej mocy i znacznej pojemności energetycznej” – mówi dr Phillip Aitchison, CTO Ionic Industries. „Potencjał tej technologii jest ogromny, od elektrycznego transportu po autonomiczne systemy zasilania”.

Znaczenie dla transformacji energetycznej

Przełom w superkondensatorach wpisuje się w globalny wyścig o wydajne i niskoemisyjne technologie magazynowania energii. Rozwiązania oparte na grafenie mogą:

• skrócić czas ładowania pojazdów elektrycznych do minut,
• odciążyć sieci energetyczne dzięki szybkim cyklom ładowania i rozładowania,
• umożliwić rozwój nowej generacji elektroniki mobilnej i urządzeń przemysłowych.

Dla Australii, która posiada zasoby grafitu i rosnący ekosystem innowacji w materiałach 2D, to także strategiczna szansa na umocnienie pozycji w globalnym łańcuchu wartości czystej energii.