W Gdańsku badają materiał, który może zrewolucjonizować magazynowanie energii

Ładowanie samochodu elektrycznego w takim samym czasie co tankowanie benzyny? Naukowcy z Politechniki Gdańskiej pracują nad tym, aby jak najefektywniej magazynować i uwalniać energię elektryczną. Wykorzystają do tego diafit, który łączy unikatowe właściwości diamentu i grafenu.

Baterie mogą magazynować znaczące ilości energii, ale ich ładowanie zajmuje dużo czasu. Z kolei kondensatory można ładować bardzo szybko, ale magazynują ograniczoną ilość energii. Naukowcy z Wydziału Elektroniki, Telekomunikacji i Informatyki Politechniki Gdańskiej oraz Uniwersytetu Hasselt w Belgii, we współpracy z naukowcami z California Institute of Technology (Caltech) w USA, zamierzają połączyć zalety obu tych rozwiązań. Przeprowadzą badania nad diafitem, czyli hybrydowym materiałem, który powstaje w wyniku połączenia dwóch form węgla: diamentu i grafenu. Posiada on unikatowe właściwości, które czynią go szczególnie obiecującym w obszarze magazynowania energii – nadzwyczajną trwałość diamentu oraz przewodnictwo elektryczne grafenu.

Struktury diafitowe mają wyższe przewodności niż struktury grafenowe, co potencjalnie pozwala na to, by materiał ten ładować szybciej. Co więcej, jest on bardziej stabilny i nie degraduje tak, jak inne struktury – tłumaczy prof. Robert Bogdanowicz z Katedry Metrologii i Optoelektroniki PG.

Naukowcy z Belgii w ramach projektu przeprowadzą zaawansowane badania obrazowe oraz analizy kinetyczne magazynowania ładunku w strukturach diafitowych. Natomiast sam materiał będzie wytwarzany w laboratorium na Politechnice Gdańskiej. Tu też zostaną przeprowadzone badania strukturalne elektrochemiczne i elektroniczne. Badania symulacyjne oraz planowanie parametrów z użyciem narzędziami sztucznej inteligencji gdańska grupa zrealizuje wraz z zespołem z Caltechu.

Poprzez precyzyjną inżynierię tego materiału w nanoskali, a więc pracując ze strukturami tysiące razy mniejszymi niż ludzki włos, chcemy przebadać struktury diafitowe i na tej bazie diagnostycznej zbudować model takiego materiału. Proces syntezy będziemy częściowo wspierać narzędziami sztucznej inteligencji – mówi prof. Bogdanowicz. – Wyjątkowość naszego podejścia polega na wykorzystaniu zaawansowanych technik wytwarzania, w tym zaawansowanej technologii plazmowej i laserów, do tworzenia precyzyjnie kontrolowanych struktur. Zbadamy również, czy dodawanie niewielkich ilości innych pierwiastków, takich jak bor czy azot, może poprawić wydajność materiału.

Naukowcy z Gdańska liczą na to, że ich badania przyniosą przełom w zrozumieniu działania hybrydowych materiałów łączących diament z grafenem i sposobu ich efektywnej produkcji. Wiedza ta będzie kluczowa dla rozwoju urządzeń magazynujących energię nowej generacji, które mogą zmienić sposób, w jaki wykorzystujemy i przechowujemy energię w życiu codziennym. Jak przewidują inżynierowie z PG, opracowanie takich materiałów może w przyszłości doprowadzić np. do skrócenia czasu ładowania pojazdów elektrycznych do czasu, w jakim tankujemy benzynę, wydajniejszego magazynowania energii odnawialnej z elektrowni słonecznych i wiatrowych czy mniejszych i mocniejszych urządzeń elektronicznych z dłuższym czasem pracy baterii.

Zespół kierowany przez prof. Roberta Bogdanowicza jest jedynym w Polsce, który prowadzi badania nad półprzewodnikowymi diamentami i możliwościami ich wykorzystania, m.in. w diagnostyce medycznej i środowiskowej nowej generacji, np. w wykrywaniu i utylizacji problematycznych związków w oczyszczalniach ścieków, elektronice, optoelektronice, chemii czy analityce badawczej.

źródło: PG