Jako velmi perspektivní elektrodový materiál pro využití v superkondenzátorech se ukazuje dusíkem obohacený grafen, který vyvinuli vědci z CATRIN Univerzity Palackého. Jedná se o další z výsledků olomouckých vědců, jenž reaguje na celosvětovou poptávku po elektrochemických zařízeních pro skladování energie s lepším výkonem, vyšší bezpečností, nižšími náklady i dopady na životní prostředí. O výhodách nového materiálu vědci informují v časopise Energy & Environmental Science.
„Dusíkem dopovaný grafen pro využití v superkondenzátorech jsme připravili pomocí chemie fluorografenu. Materiál má vysokou hustotu, která v kombinaci s velkou schopností adsorbovat ionty z elektrolytu vede k velmi vysoké objemové hustotě energie. Ta je výrazně vyšší než u všech dosud popsaných superkondenzátorových materiálů na bázi uhlíku nebo grafenu,” uvedl Michal Otyepka, jenž je řešitelem tří grantů Evropské výzkumné rady, které se právě na vývoj a případnou aplikaci nových 2D materiálů zaměřují.
V souvislosti se snahou omezit spotřebu fosilních paliv, rostoucí mobilitou a zvyšujícím se počtem elektronických zařízení roste poptávka po cenově dostupné, spolehlivé a udržitelné energii. V této oblasti v současné době dominují lithium-iontové baterie. Nicméně superkondenzátory na bázi uhlíku nabízejí spolu s bezpečností i dlouhou životnost a ultrarychlé nabíjení a vybíjení.
„Nový materiál lze připravit z grafit fluoridu, průmyslového lubrikantu dostupného na trhu v tunách, což zvyšuje jeho případnou komerční dostupnost. Zároveň jsme velmi dbali na to, aby byla výsledná součástka co nejvíce šetrná k životnímu prostředí, čehož jsme dosáhli volbou elektrolytu v superkondenzátoru,“ doplnila první autorka práce Veronika Šedajová, která je také spoluautorkou nedávno uděleného evropského patentu, jenž materiál chrání. Dalším krokem vývoje bude sestavení prototypů superkondenzátorů ve spolupráci se zahraničními partnery.
„Objev těchto unikátních vlastností derivátu grafenu obohaceného dusíkem navazoval na zjištění, že během syntézy vedou vysoce reaktivní uhlíková centra ke vzniku vazeb podobných těm v krystalové struktuře diamantu. Ty pravděpodobně způsobují ultra vysokou hustotou tohoto 2D uhlíkového materiálu, který si tak udržuje schopnost hostit iontové nosiče energie a následně nabízí unikátní zlepšení výkonu superkondenzátoru. Takové systémy skladování energie na bázi uhlíku nevyžadují využití kovů, a proto mohou značně přispět k udržitelnosti materiálů a také ke společenským cílům v oblasti čisté energie,“ doplnil Aristides Bakandritsos, jeden ze spoluautorů práce.