Bilim insanları, grafenin yapısını manipüle ederek enerji ve güç yoğunluğu açısından rekor kıran yeni bir madde elde etti. Bu yeni grafen formu, süperkapasitör adı verilen enerji depolama cihazlarında kullanıldığında, geleneksel pillere göre daha hızlı güç sağlayan, yüksek kapasiteli ve hızlı şarj olabilen enerji depolamanın anahtarı olabilir.
Multiscale indirgenmiş grafen oksit (M-rGO) olarak adlandırılan bu yeni malzeme, küresel olarak bol bulunan bir kaynak olan grafitten üretiliyor. Araştırmacılar, bu maddeyi elektrikli araçlar, dronlar, giyilebilir teknolojiler, dizüstü bilgisayarlar, akıllı telefonlar ve tabletlerde kullanılan cep tipi pillerin (pouch cell) içine entegre etti. Bilim insanları bulgularını Nature Communications dergisinde yayımladı.
M-rGO'dan üretilen cep tipi piller, toplam kapasitede, şarj süresinde iyileştirmeler sağlayabilir ve daha karmaşık, güç gerektiren cihazları daha küçük pillerle çalıştırma yeteneğini artırabilir.
Enerji Depolama Sanatı: Süperkapasitörlerin Yükselişi
Geleneksel piller enerjiyi kimyasal bağlarda depolarken, süperkapasitörler enerjiyi elektrot yüzeylerinde ayrılmış elektrik yükü olarak depolar. Bu sayede geleneksel pillere göre üstün enerji yoğunluğu (belirli bir hacimde ne kadar enerji depolanabildiği) ve güç yoğunluğu (birim hacim başına ne kadar hızlı enerji verilebildiği) avantajına sahiptir.
Ancak şimdiye kadar süperkapasitörler önemli bir sınırlamaya sahipti: Üretildikleri malzemelerin potansiyel enerji depolama kapasitesinin yalnızca bir kısmı kullanılabilirdi.
Bu sınırlama, grafenin fiziksel yapısından kaynaklanıyor. Grafen, daha yoğun elektrotlar (şarjın depolandığı pilin katı iletkenleri) oluşturmaya olanak tanırken, bu alanı kullanmada oldukça verimsizdir. Örneğin, grafen tabakalarını üst üste yığmak, tabakaların birbirine çok yakın yapışması ve enerji depolamak için içeri girip çıkması gereken iyonlara yeterli alan bırakmaması nedeniyle verimsizdir.
Bu sorunu aşmak için bilim insanları, süngerlere benzeyen ve hem geniş depolama alanı hem de iyonların hareket etmesi için yollar sağlayan karmaşık 3 boyutlu yapılar oluşturdu. Bu yapılar hafif olsa da, büyük ve hantal olma dezavantajına sahipti.
Bu çığır açan gelişme, grafeni iki adımlı bir işlemle ısıtarak bu sorunu ortadan kaldırıyor. Bu işlem, iyonların hızlı hareketine izin veren ve aynı zamanda enerji depolama için bol miktarda yüzey alanı sağlayan, çok katmanlı bir yapıya sahip, dolaşık ve eğimli bir grafen ağı oluşturuyor.
Avustralya'daki Monash Üniversitesi'nde mekanik ve uzay mühendisliği profesörü olan Mainak Majumder, bu keşfin, birçok uygulamada pilleri değiştirebilecek kadar enerji depolayan ve enerjiyi çok daha hızlı iletebilen hızlı şarjlı süperkapasitörler oluşturmamızı sağlayabileceğini belirtti.
