Grafen w akumulatorach niklowo-żelazowych - prototyp działa niemal jak kondensator

Na Uniwersytecie Stanforda opracowano technologię wytwarzania elektrod dla akumulatorów niklowo-żelazowych, która pozwala ładować je w ciągu minut i rozładowywać równie szybko. W tym celu naukowcy wykorzystali grafen oraz nanorurki węglowe, które powstały w wyniku zwinięcia wielu arkuszy grafenu. Prace badawcze wspierał Intel.

Niedawno wspominaliśmy o powrocie do łask technologii lamp próżniowych dzięki rozwojowi nanotechnologii. Kolejną rzeczą, w którą możemy tchnąć nowe życie są tradycyjne akumulatory niklowo-żelazowe. Ich ojcem jest Thomas Alva Edison, który opracował tę technologię około 1900 roku jako źródło energii dla pojazdów elektrycznych. Oryginalne konstrukcje wytwarzane były do lat 70-tych ubiegłego wieku.

Obecnie produkowane są przez wiele niezależnych firm, a wykorzystywane między innymi jako magazyn dla nadmiarowej energii wytwarzanej przez generatory prądu (ogniwa fotowoltaiczne, turbiny wiatrowe). W porównaniu z akumulatorami ołowiowo-kwasowymi, są znacznie tańsze w eksploatacji.

Tradycyjne akumulatory niklowo-żelazowe. Są znacznie przyjaźniejsze dla środowiska niż akumulatory ołowiowo-kwasowe czy niklowo-kadmowe.

Jak tłumaczą wynalazcy, nowoczesnego akumulatora niklowo-żelazowego, zasadniczą wadą starej technologii był bardzo długi okres ładowania i jeszcze dłuższy dla rozładowywania (rzędu godzin). Grupa kierowana przez profesora chemii Hongije Dai, stworzyła prototyp akumulatora, który można naładować w ciągu dwóch minut i w pełni rozładować w ciągu 30 sekund.

Jako anodę wykorzystano nanokryształy tlenku żelaza, które powstały na warstwie grafenu. Z kolei materiałem katody są nanorurki węglowe (zwinięte z 10 warstw grafenu) na których znajdują się nanokryształy wodorotlenku niklu.

Prototyp jak to zwykle bywa ma jeszcze wiele wad. Przede wszystkim jest nim mała gęstość magazynowanej energii, a zarazem niewielka wydajność - akumulator o sile elektromotorycznej 1 V może zasilić co najwyżej latarkę LED. Naukowcy chcą poprawić jego parametry tak, aby nadawał się do wykorzystania w elektrycznym transporcie. Nawet jeśli nie jako główne źródło energii (obecnie tę rolę pełnią zazwyczaj akumulatory litowo-jonowe) to jako dodatkowe.

Nowy typ akumulatorów niklowo-żelazowych może okazać się przydatny także w sytuacjach, gdy konieczne jest bardzo szybkie naładowanie źródła energii. Jednak aby to zastosowanie miało sens konieczne jest znaczne zwiększenie liczby cykli ładowanie-rozładowanie. Obecnie po 800 takich cyklach wydajność akumulatora spada o 20%.

Więcej o wykorzystaniu grafenu w świecie nowoczesnych technologii:

• Samsung wyprodukował pierwszy grafenowy wafel
• GraphExeter: najlżejszy przezroczysty przewodnik z grafenu i trójchlorku żelaza
• Grafen wart 15 mld dolarów zrobiony z paczki ciastek
• Odkryli grafen - dostali Nobla z fizyki
• IBM: grafen nie zastąpi całkowicie krzemu
• Z grafenu powstaną 1 THz układy

Źródło: Stanford University