Grafenas žaliajai tinkleliui

Nereguliarių atsinaujinančios energijos šaltinių, tokių kaip vėjo ir saulės, integravimas į elektros tinklą, išlaikant pastovią galią, bus didelis iššūkis. Energijos kaupimo įrenginiai, vadinami ultrakondensatoriais, gali padėti saugoti staigius energijos antplūdžius. Tačiau daug kas priklausys nuo naujos kartos ultrakondensatorių su pakankamai talpos, kad patenkintų tikėtiną paklausą, sukūrimo.

Grafeno galia: „Graphene Energy“ tikisi, kad tokie grafeno elektrodai, kaip šis, padidins ultrakondensatorių energijos kaupimo talpą ir galią. Šis vaizdas, kuriame pavaizduotas grafeno elektrodo kraštas, buvo padarytas skenuojančiu elektroniniu mikroskopu.

Grafeno energija , startuolis, įsikūręs Ostine, Teksaso valstijoje, tikisi, kad sprendimas bus ultrakondensatoriai su elektrodais, pagamintais iš grafeno – tik atomo storio anglies lakštų. Ultrakondensatoriaus talpą riboja tik jo elektrodų paviršiaus plotas, o grafenas suteikia galimybę gerokai padidinti turimą plotą.

Ultrakondensatoriai kaupia energiją elektrostatiškai, o ne chemiškai, kaip baterijose. Įkrovimo metu elektronai patenka į vieno elektrodo paviršių, o kito elektrodo paviršiuje susidaro elektronų skylės. Tai pritraukia teigiamus jonus elektrolite į pirmąjį elektrodą, o neigiamus - į antrąjį. Priešingai, cheminės reakcijos, naudojamos įkrauti baterijas, riboja jų įkrovimo greitį ir galiausiai sukelia elektrodų medžiagų skilimą. Ultrakondensatoriai gali būti įkraunami ir iškraunami labai greitai, per kelias sekundes, o ne minutes, ir gali būti įkrauti milijonus kartų, kol jie susidėvi.

Tačiau šiuo metu rinkoje esantys ultrakondensatoriai negali prilygti baterijų energijos tankiui, todėl jie dažniausiai naudojami hibridinėse sistemose kartu su baterijomis arba nišose. Kadangi šie įrenginiai gali atlaikyti greitą didelio energijos kiekio antplūdį, jie dažnai naudojami energijai atgauti, pavyzdžiui, kai miesto autobusas stabdo arba ožinis kranas nuleidžia savo krovinį. Tokiu būdu naudojami ultrakondensatoriai 40 procentų sumažino kai kurių Japonijos uostuose naudojamų kranų energijos poreikį. Kai kurie elektriniai įrankiai, įskaitant elektrinį grąžtą, naudojasi greito ultrakondensatorių įkrovimo galimybe.

„Graphene Energy“ tikisi atverti naujas ultrakondensatorių programas kurdamas įrenginius su daug didesne galia. Šie ultrakondensatoriai galbūt galėtų būti naudojami reguliuoti viršįtampius elektros tinkle arba maitinti hibridines transporto priemones. Bendrovė turi 500 000 USD pradinį finansavimą, kad galėtų komercializuoti grafeno ultrakondensatorius, kuriuos sukūrė Rodney Ruoffas , mechanikos inžinerijos profesorius Teksaso universitete Ostine. Ruoffas yra „Graphene Energy“ įkūrėjas ir taip pat yra bendrovės patarėjas technologijų klausimais.

Esamuose ultrakondensatoriuose naudojami elektrodai, pagaminti iš aktyvintos anglies – porėtos, į anglį panašios medžiagos, kurios paviršiaus plotas labai didelis. Aktyvintos anglies atsargos įkraunamos į tunelį panašiose porose ir užtrunka maždaug vieną sekundę, kol ji patenka į ir išeina. Tai labai greita, palyginti su greičiausiomis baterijomis, tačiau aktyvintosios anglies galia yra ribota.

Siekdama pagaminti grafeną elektrodams, Ruoffo komanda pradeda grafito oksido įdėjimą į vandens tirpalą. Dėl to medžiaga susisluoksniuoja į atomo plonumo grafeno oksido lakštus. Tada deguonies atomai pašalinami, paliekant grafeną. Iki šiol Ruoff laboratorija gamino grafeno ultrakondensatorius, kurie atitinka tų, kurie pagaminti naudojant aktyvuotą anglį. Anot jo, toliau tobulinant, jie turėtų pranokti aktyvuotą anglį, nors žingsniai, kurių imasi jo įmonė, kad tai pasiektų, lieka paslaptyje.

Remiantis praėjusių metų rugsėjį žurnale paskelbtu grafeno ultrakondensatorių aprašymu Nano raidės Johnas Milleris iš JME, tyrimų ir konsultacijų įmonės, besispecializuojančios elektrocheminiuose kondensatoriuose, teigia, kad iš tiesų turėtų būti įmanoma pagerinti jų veikimą. Šiame dokumente aprašytas grafeno elektrodas yra suvyniotas į rutulį kaip suglamžytas popierius, sako Milleris. Jūs neturite visiškos prieigos prie paviršiaus.

Jei „Graphene Energy“ gali išauginti elektrodus vertikaliomis matricomis, kaip visiškai plokščių popieriaus lapų, stovinčių ant krašto, eilę, Milleris teigia, kad galia gali būti žymiai padidinta. Tokiu būdu kiekvienas anglies atomas būtų veikiamas ir galėtų kaupti energiją, praktiškai nelaukiant, kol įkrova nukeliaus tuneliais, esančiais aktyvintoje anglyje.

Tačiau ne tik pagerinti savo ultrakondensatorių našumą, „Graphene Energy“ taip pat turi sukurti metodą, kaip juos gaminti didesniu mastu – tai yra bendras iššūkis atliekant visus grafeno tyrimus.

Dilepas Agnihotri „Graphene Energy“ generalinis direktorius teigia, kad bendrovė tikisi iki šių metų pabaigos išbandyti savo pirmąjį produkto prototipą su grafeno elektrodais.

Kita tyrėjų grupė tikisi pagaminti geresnius ultrakondensatorių elektrodus, naudojant anglies nanovamzdelius – susuktus grafeno vamzdelius, turinčius daug tų pačių savybių. Manau, kad abu metodai gali veikti iš esmės, sako Joelis Schindalas MIT elektrotechnikos ir kompiuterių mokslo profesorius, dirbantis su nanovamzdelių elektrodais. Svarbiausia bus tinkamai sutvarkyti augimo procesą, tada ieškoti būdų, kaip jį pagaminti ekonomiškai.

paslėpti