Nový uhlíkový elektrodový materiál vhodný do superkondenzátorů, tedy zařízení pro uchování energie využívaných například v automobilovém průmyslu či elektrotechnice, vyvinuli vědci z Regionálního centra pokročilých technologií a materiálů (RCPTM) přírodovědecké fakulty.
Materiál na bázi fluorografenu má srovnatelnou kapacitu s komerčně využívanými materiály, je ale mnohem dostupnější a levnější. Výsledky zhruba dvouletého výzkumu autoři popsali v článku publikovaném nedávno v časopise Nanoscale.
Výzkumníci pro přípravu elektrodového materiálu použili fluorografit, běžně dostupný průmyslový lubrikant. Ve vodíkové atmosféře jej za zvýšené teploty defluorinovali a částečně hydrogenovali. „Díky zvýšené teplotě se část atomů fluoru odtrhla z původního materiálu a v redukční vodíkové atmosféře byla nahrazena atomy vodíku. V souvislosti s tím se změnila i vodivost materiálu. Dále jsme optimalizovali dobu reakce. Zjistili jsme, že po dvaceti hodinách zahřívání dosáhne materiál optimálního složení a vykazuje nejlepší kapacitní vlastnosti,“ uvedl jeden z autorů Petr Jakubec.
Vodivost patří mezi klíčové vlastnosti vhodných elektrodových materiálů pro superkondenzátory. Další důležitou vlastností superkondenzátorů je maximální počet nabíjecích cyklů bez ztráty kapacity. I v tomto ohledu má nový materiál velmi slibné parametry. „Provedli jsme 30 tisíc cyklů opakovaného nabití a vybití bez toho, abychom pozorovali pokles kapacity. Ve srovnání s literaturou je to výjimečné, běžně se uvádí u podobných materiálů interval jeden až 10 tisíc cyklů, vše nad toto číslo je už hodně zajímavé,“ doplnil Jakubec.
Vývojem nových materiálů pro superkondenzátory se vědci v RCPTM zabývají již několik let, hledají však další materiály nejen s lepšími vlastnostmi, ale také cenově výhodné. „V tomto případě možnosti komerčního využití zaručuje rozumná cena a jednoduchá příprava. Ta je dána nejen snadno dostupným výchozím materiálem, ale rovněž jednoduchou a jednostupňovou syntézou. Nejsou potřebná složitá rozpouštědla, těžké kovy, inertní prostředí. Při testování superkondenzátorů jsme využili jako elektrolyt vodný roztok běžně dostupného a levného síranu sodného, který je obdobně jako fluorografit dostupný na trhu v tunách,“ objasnil další z autorů Martin Petr.
Výzkum byl součástí ERC grantu nazvaného Dvoudimenzionální chemie směrem ke grafenovým derivátům, který řeší tým pod vedením Michala Otyepky. Jeho cílem je připravit superfunkční materiály odvozené od grafenu, jejichž vlastnosti se upraví na míru konkrétním aplikacím. Právě oblast „úložišť“ elektrické energie se v tomto ohledu jeví jako velmi perspektivní.