Fremtidens batterier

Grafén er et materiale bestående af et eneste lag karbonatomer og er dermed det tyndeste materiale, som er muligt at fremstille. Det har en hel del fantastiske egenskaber, og nu har forskere fundet ud af, hvordan det kan bruges til at lave batterier.

Ved at tage et lille ark med dette materiale og bestråle det med en laser eller kamerablitz, bryder det op med utallige porrer og sprækker. Dette giver grafen egenskaben at kunne lades og aflades ti gange hurtigere end almindelige anoder af grafit, som bruges i vore dages batterier (lithium-ion).

Dagens batterier er træge
Genopladelige lithiumbatterier er standarden, vi nu bruger i mobiltelefoner, bærbare computere, tablets og mange andre produkter. Disse batterier kan lagre store mængder energi, men lider under at være ganske træge til både at modtage og afgive energi. Derfor tager det nemt mere end en time at oplade din mobiltelefon eller computer, og biler kan ikke få batteridrift uden at tilslutte en kondensator efter batteriet for at kunne håndtere krævende funktioner som acceleration og bremsning.

Løsningen: Defekt grafén
Ingeniører ved Rensselaer Polytechnic Institute i New York med ekspert i nanomaterialer, Nikhil Koratkar, i spidsen er gået i gang med at løse dette problem og har lavet et nyt batteri, som både kan holde store mængder energi, men også både modtage og afgive denne energi hurtigt. Således at man undgår at måtte parre lithiumbatterier med superkondensatorer i elektriske biler og dermed opnå nemmere drift af elektromotorer, som kun bruger batterier med høj lagringskapacitet og hurtighed. Koratkar har tiltro til, at det nye batteri, lavet ved at skabe ”defekter” i grafén, er et vigtigt skridt på vejen mod dette mål. Sådanne batterier kan også kraftigt forkorte opladetiden på mobile elektroniske produkter som mobiltelefoner og computere og også medicinsk udstyr til førstehjælp.

Oxidering
I dag laves litiumbatterier med grafit som hovedingrediens. Dette er det samme karbonmateriale, man finder i blyanter. Grafén er det samme materiale, men kun et karbonatom tykt i et mønster som ligner hønsenet eller bikuber på nanoskalaen. Dette materiale er langt mere effektivt til at modtage og aflevere energi hurtigt. Grafit er nemlig træg, fordi lithiumionerne kun kan entre eller forlade grafitanoden fra kanten og stille vandre langs længden af de individuelle lag i grafen. Men så kom Karatkar frem til at lave et ark med grafén. Når dette ark blev eksponeret for en laser eller en almindelig fotoblitz, oxiderede det, altså oxygenatomerne forlod materialet hurtigt, og grafen blev efterladt bulet, revnet og faktisk fem gange tykkere. Forskere fandt ud af, at dette skadede lag med grafén fungerede meget godt som en anode til et litiumbatteri. Mens litiumionerne tidligere måtte vandre hele arklængder med grafit for at lagre og afgive energi, brugte ionerne nu sprækkerne og porrerne som genveje for at vandre hurtigt ind og ud af grafen. Det kunne nu lagre og afgive energi 10 gange hurtigere end tidligere, uden mærkbart tab af lagringskapacitet. Grafén fortsatte med at yde selv efter mere end 1.000 cyklusser af opladning og afladning.

Ifølge Koratkar er det nemt at opskalere de nye grafénanoder for at tilpasse dem til industrielle behov. Opdagelsen afventer nu patent.

Kilde: sciencedaily.com