Στις απεριόριστες δυνατότητες του γραφένιου προτίθεται και άλλη μια που κανείς μέχρι σήμερα δεν είχε σκεφτεί ότι θα μπορούσε να διαθέτει το καταπληκτικό αυτό υλικό που ανακαλύφθηκε πριν από 21 χρόνια. Ερευνητές βρήκαν τρόπο να χρησιμοποιήσουν το γραφένιο ώστε να δημιουργήσουν ένα υλικό με ρεκόρ ενεργειακής και ισχύος πυκνότητας που μπορεί να χρησιμοποιηθεί εκτός των άλλων σε νέας γενιάς αποδοτικότερες και υπερταχείας φόρτισης μπαταρίες ηλεκτρικών αυτοκινήτων.

Όταν ενσωματώνεται σε συσκευές αποθήκευσης ενέργειας που ονομάζονται υπερπυκνωτές, αυτή η νέα μορφή γραφενίου θα μπορούσε να αποτελέσει το κλειδί για αποθήκευση ενέργειας υψηλής χωρητικότητας και ταχείας φόρτισης, ικανή να αποδίδει ισχύ πιο γρήγορα από τις συμβατικές μπαταρίες, σύμφωνα με τους ερευνητές.

Το νέο υλικό, που ονομάζεται πολυκλιμακωτό ανηγμένο οξείδιο του γραφενίου, δημιουργείται από γραφίτη, έναν άφθονο παγκόσμιο πόρο. Οι ερευνητές το ενσωμάτωσαν σε κυψέλες τύπου pouch, έναν τύπο επαναφορτιζόμενης μπαταρίας που συσκευάζεται σε λεπτό, εύκαμπτο, πολυστρωματικό περίβλημα φύλλου αντί για άκαμπτο μεταλλικό κέλυφος. Τα ευρήματα δημοσιεύθηκαν στις 15 Σεπτεμβρίου στην επιθεώρηση «Nature Communications».

Οι κυψέλες pouch χρησιμοποιούνται σε ηλεκτρικά οχήματα, drones, φορητές ηλεκτρονικές συσκευές, φορητούς υπολογιστές, smartphones και tablets. Η κατασκευή τους από αυτό το νέο γραφένιο θα μπορούσε να οδηγήσει σε βελτιώσεις στη συνολική χωρητικότητα, στον χρόνο φόρτισης και στην ικανότητα τροφοδότησης πιο σύνθετων και ενεργοβόρων συσκευών με μικρότερες μπαταρίες, σύμφωνα με την ερευνητική ομάδα.

Απορρόφηση ενέργειας

Ενώ οι παραδοσιακές μπαταρίες αποθηκεύουν ενέργεια σε χημικούς δεσμούς, οι υπερπυκνωτές είναι ηλεκτροχημικοί πυκνωτές που αποθηκεύουν ενέργεια ως διαχωρισμένο ηλεκτρικό φορτίο στις επιφάνειες των ηλεκτροδίων. Έχουν το πλεονέκτημα ανώτερης ενεργειακής πυκνότητας, δηλαδή πόση ενέργεια μπορεί να αποθηκευτεί σε έναν δεδομένο χώρο, και πυκνότητας ισχύος, δηλαδή πόσο γρήγορα μπορεί να αποδοθεί η ενέργεια ανά μονάδα όγκου, σε σύγκριση με τις παραδοσιακές μπαταρίες.

Μέχρι τώρα, ωστόσο, οι υπερπυκνωτές περιορίζονταν από έναν σημαντικό περιορισμό: μόνο ένα μέρος της δυνητικής ικανότητας αποθήκευσης ενέργειας των υλικών από τα οποία κατασκευάζονταν ήταν αξιοποιήσιμο.

Αυτός ο περιορισμός προέρχεται από τη φυσική δομή του γραφενίου. Παρότι έχει το πλεονέκτημα ότι επιτρέπει πιο πυκνά ηλεκτρόδια, είναι πολύ αναποτελεσματικό στη χρήση αυτού του χώρου. Η απλή στοίβαξη φύλλων γραφενίου, για παράδειγμα, είναι αναποτελεσματική επειδή τα φύλλα κολλάνε πολύ κοντά μεταξύ τους και δεν αφήνουν αρκετό χώρο για τα ιόντα που πρέπει να κινούνται μέσα και έξω ώστε να αποθηκεύεται ενέργεια.

Για να ξεπεραστεί αυτό το πρόβλημα, οι επιστήμονες κατασκεύασαν ακατάστατες τρισδιάστατες δομές που μοιάζουν με σφουγγάρια, οι οποίες παρέχουν τόσο μεγάλη επιφάνεια αποθήκευσης όσο και διαδρομές για την κίνηση των ιόντων. Παρότι ελαφριές αυτές οι δομές ήταν μεγάλες και ογκώδεις.

Η νέα αυτή ανακάλυψη ξεπερνά το ζήτημα θερμαίνοντας το γραφένιο μέσω μιας διαδικασίας δύο σταδίων. Το αποτέλεσμα είναι ένα μπλεγμένο, καμπυλωτό δίκτυο γραφενίου με πολλαπλά επίπεδα δομής που εξακολουθεί να επιτρέπει τη γρήγορη κίνηση των ιόντων, ενώ ταυτόχρονα προσφέρει μεγάλη επιφάνεια για αποθήκευση ενέργειας.

«Αυτή η ανακάλυψη θα μπορούσε να μας επιτρέψει να κατασκευάσουμε υπερπυκνωτές ταχείας φόρτισης που αποθηκεύουν αρκετή ενέργεια ώστε να αντικαταστήσουν τις μπαταρίες σε πολλές εφαρμογές και να την αποδίδουν πολύ πιο γρήγορα», δήλωσε ο Μάινακ Μάγιουμντερ  καθηγητής μηχανολογίας και αεροδιαστημικής στο Πανεπιστήμιο Monash της Αυστραλίας.