Grafének az elektromos autózás jövőjéért

Az elektromos autók elterjedésének ideje egyre közeledik. Ezeknek az egyik legfontosabb alkatrészük az akkumulátor. Manapság lítiumionos akkumulátorokat használnak, amelyek képesek a városi közlekedéshez elegendő energia tárolására.

Az autógyártók folyamatosan azon dolgoznak, hogy növeljék az elektromos autók hatásfokát, illetve hatótávját, melynek egyik lehetséges módja a fékezéskor normális esetben elvesző energia visszanyerése és újrafelhasználása. A hagyományos akkumulátorok esetében azonban ez problémát jelenthet, mivel a fékezés általában pár másodpercig tart és ez túlságosan gyors a manapság elterjedt akkumulátorok számára, amelyek töltése általában órákig is eltarthat. Az autógyártóknak tehát új módszerekhez kell folyamodniuk, hogy visszanyerhessék a fékezési energiát.

Az egyik legígéretesebb újítás a szuperkondenzátorok használata, amelyek rövid idő alatt képesek újratöltődni és energiát leadni. Számos autógyártó kísérletezik ezzel a technológiával, ám a szuperkondenzátorok még nem elég kiforrottak, hogy személyautókban is használni lehessen őket. Mindez azért van, mert bár gyorsan tölthetők, egyelőre nem képesek elegendő energiát tárolni, továbbá hajlamosak hamar tönkremenni, ahogy a folyamatos töltés és energialeadás hatására az anyagok elkopnak. Ez az eszköz legnagyobb hátránya, mivel jelenlegi formájában több millió alkalommal kellene kicserélni az autó élettartama során.

Santhajumar Kannappan, a Gwangju Institute of Science and Technology munkatársa és kollégái szerint azonban megtalálták az anyagot, amely megoldást jelenthet a technológia eddig tapasztalt problémáira: a grafént. A koreai intézet szakemberei grafénből készítettek szuperkondenzátorokat, amelyek közel annyi energia tárolására képesek, mint a lítiumion akkumulátorok. Töltésük és kisülésük csupán másodperceket vesz igénybe, továbbá több tízezer töltési ciklust is kibírnak.

A titok abban rejlik, hogy a grafént porózus formában alkalmazzák, amelynek így hatalmas belső felszíne lesz. Ezt úgy érik el, hogy a grafén-oxid részecskék számát ultrahangos fürdőben hidrazin felhasználásával csökkentik, majd az így kapott grafénport ezután érme alakú cellákba helyezik és 140 Celsius fokon 300 kg/cm-es nyomáson öt órán keresztül szárítják.

Az így keletkező grafén-elektród hab formában látható. Egy gramm grafénhab felszíne nagyobb, mint egy egész kosárlabdapályáé, amely azért fontos, mert az elektród így sokkal több elektrolitet (egy EBIMF 1 M nevű ionos folyadékot) képes befogadni, ez pedig azt befolyásolja, hogy a szuperkondenzátor mekkora töltést képes megtartani.

Kannappan és kollégái lemérték az általuk készített szuperkondenzátor teljesítményét és nagyon elégedettek voltak az eredménnyel. Elmondásuk szerint az anyag elektromos kapacitása több mint 150 farad/gramm, amelyet 64 wattóra/kg energiasűrűggel és 5 amperes áramsűrűséggel képes tárolni. Ez megközelíti a lítiumion akkummulátorok teljesítményét, amelyek energiasűrűsége 100 és 200 wattóra/kg között terjed.

A szuperkondenzátoroknak ezen felül további előnyei is vannak. Kannappan szerint csupán 16 másodperc alatt teljesen feltöltődnek, amelyet tesztjeik során 10 ezer alkalommal megismételtek az elektromos kapacitás jelentős csökkenése nélkül. – Ezek az értékek az eddigi legmagasabbak, amelyeket valaha tapasztaltak – mondja a szakember.

Mindez lenyűgöző eredménynek számít, amely indokolja a kutatók azon véleményét, hogy "a szuperkondenzátorok a közeljövőben akár elektromos járművekben is alkalmazhatóvá válhatnak". Amennyiben igazuk van, a közlekedésben használt elektromos járművek hamarosan képesek lesznek újrahasznosítani az eddig jórészt elvesztegetett fékezési energiát.

Forrás: technologyreview.com