Zvětšit obrázek

Zmačkaný grafenový papír. Kredit: X. Zhao/ MIT.

Když někdo zmačká papír, tak ho nejspíš chce zahodit anebo s ním dělat ještě horší věci. Když ale vývojáři zmačkají grafenový papír, tedy materiál tvořený pláty grafenu, mohou se dít věci. Zmačkaný grafen totiž vykazuje vlastnosti, které ho předurčují k výrobě velice ohebných a roztahovatelných superkapacitorů (ultrakapacitorů), zásobníků energie, které jsou schopné dočasně uchovávat velké množství elektrického náboje. Tyto superkapacitory by se měly velmi dobře uplatnit v pružných elektronických zařízeních.

Zvětšit obrázek

Xuanhe Zhao. Kredit: MIT.

Vlastnosti zmačkaného grafenu zkoumá Xuanhe Zhao z MIT a jeho kolegové. Podle nich by relativně snadno vyráběné a levné ohebné a roztažitelné superkapacitory byly tou správnou technologií pro celou řadu vyvíjených zařízení s pružnou elektronikou. Celý svět se těší na rozmanité aplikace v oblečení i na ohebná vnější či voperovatelná biomedicínská zařízení. A všechny tyhle věci budou potřebovat zdroje energie, samozřejmě také pružné.

Zvětšit obrázek

Experimentální pružný superkapacitor. Kredit: X. Zhao/ MIT.

Superkapacitory uchovávají elektrickou energii, podobně jako baterie. Nevyužívají k tomu ale chemické, nýbrž převážně elektrostatické síly. Jejich výhoda spočívá třeba v tom, že poskytují energii rychleji, než to mohou zvládnout baterie. Zhao a spol. důkladně zmačkali grafen a vytvořili tím základ superkapacitoru, který může být snadno ohýbán, skládán a také roztahován až na 800 procent původní velikosti. Aby svému objevu dodali patřičnou váhu, tak ze zmačkaného greenového papíru vyrobili jednoduchý superkapacitor, který pěkně fungoval. Vývojáři také grafenový papír podrobili docela důkladným testům. Ukázalo se, že může být tisíckrát zmuchlán a opět narovnán, aniž by se to nějak významně projevilo na jeho výkonu v roli superkapacitoru. U grafenu jsme už zvyklí, že jeho aplikace mívají poměrně zázračné vlastnosti.

Zvětšit obrázek

Superkapacitory od Maxwell Technologies. Kredit: Maxwell Technologies, Inc.

A jak se vyrábí superkapacitor ze zmačkaného grafenu? Nejprve se na jednoduchém mechanickém zařízení ve dvou směrech zmačká grafenový papír, tak aby vznikl pěkně chaoticky zmačkaný povrch. Konstrukce kapacitoru vyžaduje dvě vodivé vrstvy, v tomto případě dvě vrstvy zmačkaného grafenu, mezi nimiž je vložená vrstva nevodiče. Zhao s kolegy použil u svého experimentálního superkapacitoru jako nevodič vrstvu hydrogelu. Vývojáři ke svému úspěšnému experimentu dodávají, že zmačkaný grafenový papír může posloužit i jinak, třeba jako jedna z elektrod v ohebné baterii anebo součást ohebného senzoru.

Superkapacitory Zhaova týmu si velice pochvaluje materiálový vědec Dan Li z australské Monashovy univerzity. Podle něj jde o velice jednoduchý a zároveň účinný koncept výroby superkapacitorů, které jsou nejen ohebné, ale také značně natahovatelné. Až doposud bylo právě tohle velkou výzvou materiálovým laboratořím.

Literatura

MIT News 3. 10. 2014, Scientific Reports 4: 6492, Wikipedia (Supercapacitor).