Grafen, nazywany często „materiałem przyszłości”, znajduje coraz szersze zastosowanie w technologii baterii i akumulatorów, oferując rozwiązania, które mogą zrewolucjonizować różne sektory gospodarki – od motoryzacji po elektronikę użytkową.
Jednym z najbardziej obiecujących zastosowań grafenu jest jego wykorzystanie w bateriach litowo-jonowych, które obecnie dominują na rynku. Naukowcy z Caltech i JPL opracowali metodę pokrywania katod baterii litowo-jonowych grafenem, co może znacząco wydłużyć żywotność i poprawić wydajność tych powszechnie stosowanych akumulatorów. Ta innowacja może przynieść korzyści milionom użytkowników smartfonów, laptopów i innych urządzeń elektronicznych, oferując dłuższy czas pracy na jednym ładowaniu i większą liczbę cykli ładowania.
W sektorze motoryzacyjnym grafen może odegrać kluczową rolę w rozwoju pojazdów elektrycznych. Głównym wyzwaniem dla producentów samochodów elektrycznych jest zwiększenie zasięgu pojazdów przy jednoczesnym skróceniu czasu ładowania. Baterie grafenowe, dzięki swojej zdolności do szybkiego ładowania i wysokiej gęstości energii, mogą stanowić odpowiedź na te wyzwania.
Szczególnie interesującym kierunkiem badań jest wykorzystanie grafenu w akumulatorach niklowo-żelazowych, technologii opracowanej przez Thomasa Alvę Edisona około 1900 roku. Naukowcy ze Stanforda, przy wsparciu firmy Intel, stworzyli prototyp akumulatora, który można naładować w ciągu zaledwie dwóch minut i w pełni rozładować w ciągu 30 sekund. Osiągnięto to poprzez wykorzystanie nanokryształów tlenku żelaza osadzonych na warstwie grafenu jako anody oraz nanorurek węglowych z nanokryształami wodorotlenku niklu jako katody.
Grafen znajduje również zastosowanie w superkondensatorach, które mogą gromadzić i uwalniać energię znacznie szybciej niż tradycyjne baterie. Superkondensatory grafenowe charakteryzują się wysoką gęstością energii, długą żywotnością i błyskawicznym ładowaniem, co czyni je idealnymi do zastosowań wymagających szybkiego dostarczania dużych ilości energii.
W dziedzinie elektroniki użytkowej grafen może przyczynić się do rozwoju elastycznych urządzeń. Panasonic już w 2016 roku zaprezentował małą, elastyczną baterię opartą na grafenie, która może być zginana bez utraty funkcjonalności. Ta technologia otwiera drogę do tworzenia zginanej i składanej elektroniki, która nie będzie ograniczona sztywnością tradycyjnych źródeł zasilania.
Interesującym zastosowaniem grafenu jest również jego wykorzystanie w technologii baterii przepływowych. Amerykański start-up Salgenx opracował system magazynowania energii w formie przepływowej baterii wykorzystującej słoną wodę jako elektrolit, który jako produkt uboczny generuje grafen. Ta innowacja może znacząco obniżyć koszty produkcji grafenu, czyniąc go bardziej dostępnym dla różnych zastosowań.
Warto również wspomnieć o potencjale grafenu w poprawie bezpieczeństwa baterii. Folie grafenowe opracowane przez naukowców z Uniwersytetu Swansea, Uniwersytetu w Wuhan i Uniwersytetu w Shenzhen wykazują wyjątkową przewodność cieplną, co umożliwia efektywne odprowadzanie ciepła z akumulatorów i zapobiega przegrzewaniu się, które może prowadzić do pożarów czy wybuchów.
Mimo licznych zalet, wdrożenie grafenu w komercyjnych produktach wciąż napotyka na wyzwania, głównie związane z kosztami produkcji i skalowalnością. Jednak intensywne badania i rosnące inwestycje w tę technologię sugerują, że w najbliższych latach możemy spodziewać się coraz szerszego zastosowania grafenu w różnych typach baterii i akumulatorów.