Hull i karbongitteret grafén består av gir en membran som slipper gjennom protoner og ingenting annet. Det kan gi forskere mulighet til å lage langt bedre brenselceller. (Foto: Northwestern University)

GRAFÉN

«Uperfekt» grafén kan gi elbiler som lades på sekunder

– Overraskende funn.

Grafén er til vanlig et supermateriale med en perfekt oppbygget karbonstruktur, som blant annet kan gi 100 ganger raskere internett, bedre øyeimplantater, CO2-fangst og bedre asfalt.

Hull

Men med noen enkle små hull i grafénstrukturen får du en membran som er såkalt proton-selektiv, melder Northwestern University.

Egenskapen gjør at membranen effektivt kan skille protoner fra hydrogen, til vanlig en stor utfordring for vanlige membraner. Det kan gi enklere og bedre brenselcelledesign.

Se for deg en elektrisk bil som kan lade på samme tid som det tar å fylle den med bensin. Og enda bedre - se for deg en elektrisk bil som bruker hydrogen som drivstoff, ikke fossile brensler eller etanol, og ikke elektrisitet fra strømnettet for å lade et batteri. Vårt overraskende funn gir en elektrokjemisk mekanisme som kan gjøre disse tingene mulig en dag, sier kjemiker Franz M. Geiger.

Han ledet et forskningsteam bestående av Northwestern, Oak Ridge National Laboratory, University of Virginia, University of Minnesota, Pennsylvania State University og University of Puerto Rico.

Les også: Forskere vil lage nytt supermateriale fra tennene til snegler

Mekanisme

Forskerne fant ut at hullene i karbonstrukturen skaper en slags kjemisk runddans hvor protoner fra vann på den ene siden dyttes over til den andre siden i løpet av sekunder.

Det muliggjøres av det ekstremt tynne grafénet, som i praksis er et atom tykt, mens konvensjonelle membraner gjerne er på flere hundre nanometer og dermed bruker minutter på det samme.

Og du trenger ikke fjerne mer enn en håndfull karbonatomer per kvadratmikrometer av grafénet for å oppnå effekten, har forskerne beregnet.

– Våre resultater skaper ikke en brenselcelle i morgen, men de gir en mekanisme for ingeniører slik at de kan designe en protonseparasjonsmembran som er langt mindre komplisert enn hva folk tidligere trodde. Alt du trenger er litt uperfekt enkeltlagsgrafén, sier Geiger.

Forskningen ble publisert i tidsskriftet Nature Communications.

Les også:

Nytt superstål er like bra som titan, men langt billigere

Samme vekt og tetthet som aerogel, men 10.000 ganger stivere

Nå kan alle bli eksperter på dette supermaterialet