Monashin yliopiston ja RMIT-yliopiston tutkijat ovat kehittäneet uudenlaisen grafeenipohjaisen superkondensaattorin, joka yhdistää korkean energian ja tehotiheyden poikkeuksellisen pieneen kokoon. Uusi rakenne voi mullistaa pienten ja tehokkaiden energialähteiden kehityksen esimerkiksi kannettaviin laitteisiin, sähköajoneuvoihin ja IoT-sovelluksiin.
Tutkimus, joka julkaistiin Nature Communications -lehdessä, esittelee ns. monimittakaavaisen käyrän grafeenirakenteen (multiscale curved graphene). Tämä innovaatio perustuu kahden lämpökäsittelyn prosessiin, jossa grafeenikerrosten väliin muodostuu kaarevia ja toisiinsa kietoutuneita kiteitä. Rakenteen ansiosta ionit voivat liikkua nopeasti ja varastoitua tehokkaasti myös grafeenin sisäkerroksiin.
- Grafeenin kerrosrakennetta on perinteisesti pidetty liian tiiviinä ioneille, mutta osoitimme, että oikeanlaisella käsittelyllä ne voidaan avata hallitusti sähkökemiallisesti, kertoo tutkimuksen pääkirjoittaja tohtori Petar Jovanović Monashin yliopistosta.
Tutkijat kehittivät myös uuden menetelmän (e-IE, operando electrochemical interlayer expansion), jossa sähkökemiallinen jännite laajentaa grafeenin kerroksia juuri sen verran, että ionit pääsevät sisään – ilman, että materiaali hajoaa. Tämä kolminkertaisti laitteen kapasitanssin ja teki siitä ennätyksellisen tehokkaan.
Uusi superkondensaattori saavutti 99,5 Wh/l energiatiheyden ionineste-elektrolyytillä ja 49,2 Wh/l orgaanisella elektrolyytillä. Samalla sen tehotiheys nousi jopa 69,2 kW/l tasolle – lukemiin, jotka ylittävät useimmat kaupalliset hiilipohjaiset superkondensaattorit ja lähestyvät litiumakkujen tilavuustehokkuutta.
Laite säilytti 91–93 % kapasiteetistaan yli 50 000 lataus-purkaussyklin jälkeen. Lisäksi tutkijat havaitsivat, että e-IE-prosessi muodostaa ohuen, suojaavan pintakerroksen, joka estää elektrolyytin hajoamista ja pidentää laitteen käyttöikää.
Nykyään ja etenkin tulevaisuudessa avaruusjärjestelmillä on yhä tärkeämpi rooli ihmisten elämässä. Järjestelmät auttavat siirtymään paikasta toiseen, antavat tietoa säästä ja yhdistävät ihmisiä toisiinsa. Kaiken lisäksi avaruussovellukset ovat yhä tärkeämpi osa kansallisen turvallisuuden kriittistä infrastruktuuria.
