Grafen – Vi tittar närmare på efterträdaren till Kisel

Grafen som ultrakondensator

Ett mycket närbesläktat område är kondensatorer, eller kort och gott batterier. Det är ännu en marknad som grafen också gör anspråk på genom sina fantastiska egenskaper. Kondensatorer används flitigt inom elektronikindustrin och finns nog i varje liten elektronikpryl som du äger. Batterier, vilket är en kondensator, används flitigt av alla former av portable produkter, medan Ultrakondensatorer är en snabbare variant med, än så länge, sämre kapacitet.

Grafen består av ett enda lager av kolatomer, och har därmed en enorm yta, och kan bära en mycket större laddning än motsvarande ämnen som används i dagens ultrakondensatorer. Jämfört med andra ultrakondensatorer har testexemplar baserade på grafen visat på tre gånger så hög kapacitet¹⁵, men det är långt ifrån taket för vad forskarna tror är möjligt.

Det ska dock sägas att litiumjontekniken har fortfarande cirka 30% högre capacitet än nuvarande testprodukter, men då är grafen vida överlägset i fråga om laddningstid och uthållighet. Kapaciteten förbättras dessutom ständigt med nya lösningar och formationer av grafen. Målet är att nå nivåer som är likvärdiga med litiumjonbatterier innan en kommersiell lösning är nära till hands.

När grafen är uppe på samma kapacitet som litiumjontekniken kan batteritillverkarna börja rulla ut ultrakondensatorer baserade på grafen. Forskarna är dock väldigt försiktiga med att förutspå eller ens gissa när vi kommer se grafenbatterier, men det kan lika gärna bero på att batteriindustrin troligtvis är den med absolut mest industrihemligheter av alla.

Företaget JME, baserat i Ohio, USA, har till exempel lyckats designa en ultrakondensator med förmåga att ladda på mindre än en millisekund¹⁶. Den är dessutom mycket mindre än de vanliga kondensatorer som vi ser på våra kretskort, vilket skulle kunna spara väldigt mycket plats i framtida produkter. Deras nya ultrakondensator hade en annan struktur där grafenskikt stod på högkant mot ett basskikt av grafen istället för att ligga staplade på varandra. Det gör att elektronerna har lättare att röra sig fram och tillbaka. Test har även visat att den fungerar väldigt väl som kondensator i elektronik.

Ultrakondensatorer

Andra företaget har presenterat liknande lösningar baserade på grafen där man lyckats designa ultrakondensatorer med egenskaper som överträffar dagens produkter. Det pratas dock väldigt lite om hur långt de har tills de når marknaden.

Det råder en extrem konkurrens och alla framgångar hålls så hemliga att inte ingen utomstående ska kunna komma ens i närheten av att upptäcka dem. Det gör att det är svårt att gräva upp framgångar från industrin. Eftersom de även bidrar med mycket pengar till universitetsforskningen är det oftast endast grundforskning som det rapporteras om och den är sällan upphetsande.

Referenser

15 – “Graphene-Based Ultracapacitors” (PDF). Nano Lett 8 (10): 3498

16 – “Graphene Double-Layer Capacitor with ac Line-Filtering Performance”. Science 24: 1637-1639