Een combinatie van de twee gewone stoffen grafiet en water kunnen samen een energie opslag systeem vormen dat zich qua performance kan meten met lithium ion accu's, maar die in slechts enkele seconden geladen kunnen worden en dat ook nog eens koppelen aan een bijna oneindige levensduur.
Dr Dan Li en zijn onderzoeksteam van de afdeling Materiaalkunde van de Universiteit van Monash werken al een tijdje met een materiaal dat bekend is onder de naam grafeen, wat wel eens de basis zou kunnen vormen van de volgende generatie ultrasnelle energie opslagsystemen.
"Zodra we dit materiaal een beetje onder de knie hebben, zou je bijvoorbeeld je iPhone in een paar seconden op kunnen laden, of misschien nog wel sneller", zegt Dr Li.
Grafeen is het resultaat van het dunner maken van grafiet, een goedkoop en ruim voorhanden zijnd materiaal dat over het algemeen in potloden wordt gebruikt, tot lagen met de dikte van slechts één atoom. In deze vorm krijgt grafiet opmerkelijke eigenschappen.
Grafeen is sterk, chemisch stabiel, een uitstekende geleider van elektriciteit en, niet onbelangrijk, heeft een enorm groot oppervlak.
Volgens Dr Li maken deze kwaliteiten grafeen bij uitstek geschikt voor energie opslag toepassingen.
De reden dat grafeen nog niet overal gebruikt wordt, is dat deze zeer dunne vellen grafeen, als ze op elkaar gelegd worden om tot een bruikbare structuur te komen, onmiddelijk aan elkaar plakken om zo weer opnieuw grafiet te vormen. Als grafeen op die manier weer een plak grafiet vormt, gaat het grootste deel van het oppervlak verloren en gedraagt het zich niet meer als grafeen.
Maar Dr Li en zijn team hebben nu de sleutel gevonden tot de oplossing waarbij de opmerkelijke eigenschappen van vellen grafeen behouden blijven: water. Door grafeen vochtig te houden in gel-vorm wordt een afstotende kracht tussen de vellen opgewekt waardoor voorkomen wordt dat ze aan elkaar gaan plakken. En daarmee is de weg vrij naar toepassingen in het dagelijks leven.
"De techniek is heel eenvoudig en kan makkelijk toegepast worden bij grotere systemen. Toen we het ontdekte, vonden we het ongelofelijk. We nemen twee goedkope basiscomponenten water en grafiet en maken daarmee dit nieuwe nanomateriaal met verbazingwekkende eigenschappen", zegt Dr Li.
Bij de toepassing in energiesystemen doet grafeen-gel het heel veel beter dan de huidige koolstof-gebaseerde techniek, zowel voor wat betreft de hoeveelheid energie die opgeslagen kan worden als hoe snel deze energie weer geleverd kan worden.
Dr Li zegt dat de voordelen van de ontwikkeling van deze nieuwe nano-technologie verder reikt dan de consumenten elektronica.
Snelle, betrouwbare en kosten-effectieve energie opslagsystemen zijn van cruciaal belang voor de levensvatbaarheid van toekomstige elektriciteit uit hernieuwbare bronnen. Deze systemen zijn daarnaast de sleutel tot de grootschalige invoering van elektrische voertuigen.
Grafeen gel is ook veelbelovend voor gebruik in waterzuivering membranen, biomedische apparaten en sensoren.
Dr Li werkt al sinds 2006 met grafeen en de onderzoeksresultaten van zijn team zijn recentelijk gepubliceerd in toonaangevende bladen als Advanced Materials, Angewandte Chemie en Chemical Communications.
Redactioneel commentaar: Een kleine kritische noot is wel op zijn plaats. Het klinkt natuurlijk leuk, je iPhone in een paar seconden laden. Even advocaat van de duivel spelend: laten we "een paar" eens vertalen naar twee. Nemen we aan dat de capaciteit van een iPhone accu 1Ah. is. Dat wil zeggen dat er zonder verliezen een uur lang 1A naar de batterij gevoerd moet worden om deze op te laden als deze helemaal leeg is. Dat is 3600 ampere-seconden. Wil je de accu in 2 seconden laden, dan moet er gedurende die tijd dus 1800A aan stroom vloeien. Ik moet de aansluiting aan een iPhone nog zien die dat overleeft. Om niet te spreken van de adapter die dat kan leveren…