Superkapasitor Graphene dibuat dengan proses 'pembuatan kertas tradisional', menyaingi kapasitas baterai timbal-asam

Kapasitor (bukan yang graphene)

Insinyur material di Monash University di Australia telah menemukan metode untuk memproduksi superkapasitor graphene yang memiliki kepadatan energi yang sama dengan baterai timbal-asam di bawah kap mobil Anda. Tidak hanya superkapasitor ini sekitar 10 kali lebih padat energi daripada perangkat komersial, tetapi metode produksi graphene di dalam superkapasitor tampaknya juga baru. Para insinyur mengatakan mereka menggunakan proses yang mirip dengan pembuatan kertas tradisional - dan dapat dengan mudah dan hemat biaya ditingkatkan untuk produksi komersial graphene, dan supercaps berbasis graphene.



Superkapasitor pada dasarnya adalah baterai kecil yang dapat diisi ulang dan dikosongkan hampir seketika. Meskipun hal ini menghasilkan kepadatan daya yang sangat tinggi (banyak watt), kepadatan energinya umumnya sangat rendah (watt-jam). Untuk superkapasitor konvensional, kita berbicara tentang kepadatan daya yang 10-20 kali lebih tinggi daripada baterai lithium-ion atau timbal-asam konvensional - tetapi di sisi lain, kepadatan energinya 10-20 kali lebih buruk. Singkatnya, superkapasitor sangat bagus saat Anda membutuhkan ledakan energi singkat - seperti semburan cepat akselerasi dari sistem pemulihan energi kinetik mobil (KERS) - tetapi tidak berguna untuk menyalakan elektronik konsumen sehari-hari, seperti ponsel cerdas Anda.



Graphene



Graphene, bagaimanapun, bisa mengubah semua itu. Jumlah energi yang disimpan oleh kapasitor elektrokimia terkait erat dengan jumlah elektrolit pembawa muatan yang menghubungi elektroda. Semakin tinggi luas permukaan elektroda, semakin banyak ion pembawa muatan yang dapat diserap (dilekatkan) ke elektroda, sehingga menyimpan lebih banyak energi. Anda mungkin bisa melihat ke mana arahnya. Karena graphene adalah zat tertipis yang diketahui, ia mampu memberikan luas permukaan yang luar biasa besar; di suatu tempat dalam urutan ribuan meter persegi (itu beberapa lapangan tenis ) per gram. Area permukaan sangat besar sehingga graphene dapat digunakan untuk membuat superkapasitor yang menjembatani kesenjangan kepadatan energi yang sangat besar antara supercaps dan baterai, sambil tetap mempertahankan kepadatan daya yang besar.

Itu teorinya. Masalahnya, tentu saja, seperti halnya semua hal tentang graphene, adalah masih sangat sulit untuk memproduksi secara massal graphene tingkat komersial. Para insinyur Monash mengklaim telah memecahkan masalah ini, meskipun, menggunakan proses berbasis solusi yang 'mirip dengan yang digunakan dalam pembuatan kertas tradisional'. Pada dasarnya, mereka mulai dengan grafit (grafena) oksida, yang direduksi menjadi serpihan grafena tingkat rendah menggunakan larutan hidrazin dan amonia. Kemudian, elektrolit dan pelarut ditambahkan ke dalam campuran. Saat campuran mengering, pelarut yang mudah menguap menguap, menyebabkan aksi kapiler untuk menyedot serpihan graphene bersama-sama, dengan elektrolit terjepit di antara masing-masing serpihan. Akhirnya para insinyur ditinggalkan dengan sesuatu yang menyerupai selembar kertas hitam - jutaan lapisan graphene, dengan jumlah besar sekali elektrolit pembawa muatan terkunci di dalamnya.



Graphene

Tindakan kapiler menyedot serpihan graphene bersama-sama, menciptakan struktur padat yang mirip dengan kertas



Ketika dibuat menjadi kapasitor elektrokimia, bahan seperti kertas ini memiliki kepadatan energi volumetrik hampir 60 watt-jam per liter (Wh / l), yang hampir sebanding dengan baterai timbal-asam. Ini mempertahankan sekitar 90% dari kapasitansinya setelah 50.000 siklus pengisian / pengosongan, dan bahkan menahan 90% dari muatannya setelah 300 jam.

Dan Li, profesor yang memimpin penelitian ini, berkata, “Kami telah menciptakan bahan grafena makroskopik yang merupakan satu langkah melampaui apa yang telah dicapai sebelumnya. Ini hampir pada tahap peralihan dari lab ke pengembangan komersial. ' Tidak ada kabar kapan kapasitor graphene ini akan masuk ke pasar, tetapi reduksi kimia berbasis solusi dari grafit oksida adalah salah satu rute yang paling mungkin untuk komersialisasi graphene.