Grafén er et materiale med kun et flatt lag av karbonatomer. Nanotek har imidlertid klart å få grafén til å krølle seg, slik at de flate arkene ikke overlapper hverandre.

Nobelmateriale kan gi superrask lading

  • nyeteknologier

Vi har hørt mye om grafén i det siste, og som kjent fikk russerne Andre Geim og Konstantin Novoselov Nobelprisen i fysikk for oppdagelsen av materialet.

Les mer: Teipet seg til Nobelprisen

Elektroder

Foreløpig har vi imidlertid ikke sett veldig mange anvendelser av supermaterialet, men det forsøker forskere ved Nanotek Instruments i Ohio å gjøre noe med.

De har nemlig laget elektroder av grafén som kan gi såkalte ultrakondensatorer med over fem ganger energitettheten til dagens kommersielt tilgjengelige enheter, skriver Technology Review. Forskningen er publisert i tidsskriftet Nano Letters.

Ultrakondensator-batterier rommer i dag kun rundt 5 prosent av energien i litiumionebatterier, og det gjør at bruksområdet deres begrenses til for eksempel akselerering i hybridkjøretøyer. Batteriene har imidlertid den fordelen at de kan lades og utlades på minutter i stedet for timer.

Porøst Nanoteks metode gir grafén krøllet sammen som papir.

Porøst

Vanlige ultrakondensatorer har elektroder som er laget av såkalt aktivert karbon, et porøst materiale som kan lagre ioner i porene. Grafén har langt høyere kapasitet fordi ionene kan legge seg som et lag på karbonflatene, og ladningen vil sannsynligvis også være enklere å få både på og av overflaten.

Problemet til nå har imidlertid vært at måten man i dag lager grafén på kun har gitt flate ark som overlapper hverandre, slik at den totale overflaten har vært liten. Nanotek har kommet frem til en måte å lage grafén på som gjør at grafenet ikke legger seg i hauger oppå hverandre, men heller krøller seg som papir, som gjør overflatearealet langt større.

Bak

Foreløpig har de kommet til en energitetthet på 85,6 watt-timer per kilogram ved romtemperatur i ultrakondensatorene, men siden en elektrode vanligvis veier rundt en tredjedel av en ultrakondensator i full størrelse, vil en enhet i praktisk størrelse ha en energitetthet rundt 28 watt-timer per kilogram, ifølge Bor Jang ved Nanotek.

Dagens kommersielt tilgjengelige ultrakondensatorer har en energitetthet på mellom 5 og 10 watt-timer per kilogram.

Nikkelmetallhydridbatterier har til sammenlikning mellom 40 og 100 watt-timer per kilogram, mens litiumionebatterier fortsatt ligger i en klasse for seg selv med over 120 watt-timer per kilogram.

Professor Joel Schindall ved Massachusetts Institute of Technology (MIT) sier dagens batterier stort sett opererer i midten av ladesyklusen, mellom 20 og 50 prosent av den totale kapasiteten.

– Det betyr at en ultrakondensator med rundt 20 prosent av energitettheten til et oppladbart batteri, men med kort ladetid og nærmest ubegrenset levetid, vil kunne være konkurransedyktig for enkelte elektriske kjøretøy.

Mister

Foreløpig mister Nanoteks ultrakondensatorer like under 10 prosent av kapasiteten etter å ha blitt ladet 500 ganger.

– Forbedring av elektrodematerialene bør øke levetiden, sier Bor Jang til Technology Review.

Nobelprisvinner Andre Geim: