Nový dvojrozměrný derivát grafenu vyvinuli vědci z Regionálního centra pokročilých technologií a materiálů (RCPTM) Univerzity Palackého. Podle nich je materiál předurčený pro výrobu takzvaných superkondenzátorů pro ukládání elektrické energie, které by mohly překonat slabiny v současné době využívaných baterií či kondenzátorů. Pokračováním výzkumu, jehož výsledky otiskl odborný časopis Advanced Functional Materials, má být sestavení prototypu superkondenzátoru.
Vývoj nového uhlíkového materiálu je jedním z významných výsledků prestižního grantu Evropské výzkumné rady (ERC), který ve vědeckém centru zhruba dva roky řeší tým pod vedením Michala Otyepky. Fyzikální chemik stál před sedmi lety i při objevu nejtenčího izolantu na světě – fluorografenu, který byl základem pro řadu úspěchů olomouckých badatelů. Chemii tohoto mladšího grafenového sourozence, v jehož šestiúhelníkové struktuře je na každý uhlík navázán atom fluoru, se zdejší vědci věnují dlouhodobě. Přestože byl považován za chemicky inertní, prokázali, že je vhodný pro vývoj celé řady derivátů grafenu. Výměnou fluoru za jinou funkční skupinu dokáží vědci materiálu vtisknout nové vlastnosti požadované pro konkrétní využití.
„Opět jsme vyšli z fluorografenu a vytvořili jeho nový derivát tím, že jsme na jeho dvourozměrný skelet připojili chemickou spojkou molekulu ftalocyaninu. Podařilo se připravit materiál, který na každé funkční skupině nese pozitivní i negativní náboj současně, tedy takzvaný obojetný ion (zwitterion), ale jeho celkový náboj je neutrální. Na povrchu grafenu jsme tak vytvořili organizovanou síť nábojů. Tyto povrchy jsou velmi vhodné pro přenos a separaci nábojů, a tudíž se nabízí jejich aplikace v takzvaných superkondenzátorech pro ukládání energie,“ objasnil Otyepka.
Právě vývoji těchto „úložišť“ elektrické energie se ve světě intenzivně věnuje řada výzkumných týmů, neboť je po nich velká poptávka. Současné klasické baterie sice mají velkou kapacitu, ale poměrně dlouho trvá, než se nabijí, což je známý problém například u elektromobilů. Na druhé straně jsou kondenzátory, které se rychle nabijí, ale jejich kapacita je poměrně malá. Superkondenzátory jsou zařízení spojující výhody baterie a kondenzátorů – mohou mít velkou kapacitu a budou se rychle nabíjet.
„Připravený grafenový derivát je pro toto využití vhodný. Má výbornou stabilitu, dobrou vodivost a jeho kapacita neklesá ani po vysokém množství nabíjecích cyklů. Navíc jako elektrolyt využíváme bezpečný síran sodný. Naším cílem je získat materiál s ještě větší energetickou hustotou, tedy množstvím uložené energie, a druhým krokem bude vytvoření prototypu superkondenzátoru, který by tento materiál využíval,“ doplnil Otyepka. Podle něj v RCPTM připravili tento typ materiálu poprvé. Využití nalezne všude tam, kde je potřeba uložit energii – od mobilních telefonů až po elektromobily.
Dosavadní výsledky RCPTM zaujaly světová esa v daném oboru. O možné spolupráci vědci již jednali s materiálovým chemikem Niyazi Sariciftcim z Univerzity Johanna Keplera v rakouském Linci a o propojení know-how usilují i s předním odborníkem v oblasti dvojrozměrných MXenů Yurim Gogotsim z Drexel University ve Filadelfii.