About / Advertise
Kan en grafenbaserad hybrid mellan ett batteri och en superkondensator vara det genombrott för snabbladdning av elbilar som världen väntat på? Det är åtminstone vad forskare vid amerikanska Nanotek Materials hävdar.
Genom att snabbt flytta stora mängder litiumjoner mellan elektroner uppbyggda av grafenflagor har forskare vid Nanotek Instruments, ett dotterbolag till Angstron Materials, lyckats skapa en helt ny klass av energilagringsenheter. Forskarna är noga med att påpeka att det varken handlar om en ny typ av batteri eller en ny typ av superkondensator utan snarare någonting som överbryggar gapet däremellan. Nykomlingen beskrivs i senaste utgåvan av tidskriten Nano Letters och kallas SMC, surface-mediated cells. I nyhetsbrevet physorg.com kallar de sin innovation för "grafen-ytbehandlad litium-jonutbytande celler".
Trots att mycket optimering återstår kan dessa SMC:er nå en effekttäthet på 100 kW per kilo, vilket är 100 gånger högre än kommersiella litiumjonbatterier, och 10 gånger mer än dagens superkondensatorer. Därtill har de en energitäthet på 160 Wh/kg, i klass med litiumjonbatterier och 30 gåner mer än superkondensatorer. Effekttätheten är ett mått på hur snabbt energi kan överföras till och från cellerna, medan energitätheten är ett mått på energilagringsförmågan.
–Vår teknik kan ge en elbil samma räckvidd som litiumjonbatterier. Men med SMC kan den laddas på ett par minuter – kanske rentav under en minut – i jämförelse med de timmar det tar för en litiumjondriven bil, säger Nanotek Instruments grundar Bor Jang till physorg.com.
Nyckeln är de grafenbelagda anoderna och katoderna, där forskarna utnyttjat det faktum att grafen i form av flagor – "platelets" på engelska – får mycket stor yta. Från början finns allt litium i anoden. Under den första urladdningscykeln joniseras denna litium, vilket resulterar i ett mycket högre antal litiumjoner än i litiumjonbatterier. När batteriet används tar sig dessa joner genom en elektrolyt till katoden, där de når den stora grafenytan. Vid urladdning uppstår ett flöde av litiumjoner från katoden till anoden, som blir massivt tack vare de stora ytorna på elektroderna, och sålunda resulterar i höga strömmar. Elektrodernas porösa yta gör att man helt slipper den tidsödande jonförflyttningen in i elektroderna som karaktäriserar konventionella batterier och som dominerar laddningstiden.
Mycket arbete är dock kvar innan kommersialisering. Bland annat ska olika typer av grafen undersökas, som enlagers, tvålagers och oxiderad. Därtill ska cellernas cykler och livslängd optimeras – de celler forskarna har på labbet tål inte mer än ett par tusen uppladdningar.
Till saken hör att moderbolaget Angstron Materials hör till de stora producenterna av grafen, särskilt den typ av grafenflingor som Nanoteks forskare använt.
– Vi ser inget större hinder på vägen mot kommersialisering. Grafen är dyrt idag, men vi tror att produktionskostnaderna för grafen kommer att gå ner dramatiskt de närmaste åren, säger Bor Zang till physorg.com.
