Forskare från Monash University har fört nästa generations energilagring närmare med en ingenjörskonst – en grafenbaserad enhet som är kompakt, håller ändå lika länge som ett vanligt batteri.

Publicerad idag i Vetenskap , en forskargrupp ledd av professor Dan Li vid institutionen för materialteknik har utvecklat en helt ny strategi för att konstruera grafenbaserade superkondensatorer (SC), göra dem livskraftiga för utbredd användning vid lagring av förnybar energi, bärbar elektronik och elfordon.

SCs är i allmänhet gjorda av mycket poröst kol impregnerat med en flytande elektrolyt för att transportera den elektriska laddningen. Kända för sin nästan obestämda livslängd och förmågan att ladda om på några sekunder, Nackdelen med befintliga SC:er är deras låga energi-lagring-till-volym-förhållande - känd som energitäthet. Låg energitäthet på fem till åtta wattimmar per liter, betyder att SC:er är omöjligt stora eller måste laddas om ofta.

Professor Lis team har skapat en SC med energitäthet på 60 watt-timmar per liter - jämförbar med blybatterier och cirka 12 gånger högre än kommersiellt tillgängliga SC.

"Det har länge varit en utmaning att göra SCs mindre, lättare och kompakt för att möta de allt mer krävande behoven för många kommersiella användningar, " sa professor Li.

grafen, som bildas när grafit bryts ner i lager som är en atoms tjocka, är mycket stark, kemiskt stabil och en utmärkt ledare av elektricitet.

För att göra sin unikt kompakta elektrod, Professor Lis team utnyttjade en adaptiv grafengelfilm som de hade utvecklat tidigare. De använde flytande elektrolyter - vanligtvis ledaren i traditionella SC - för att kontrollera avståndet mellan grafenark på subnanometerskalan. På så sätt spelade den flytande elektrolyten en dubbel roll:att upprätthålla det lilla utrymmet mellan grafenarken och leda elektricitet.

Till skillnad från traditionellt "hårt" poröst kol, där utrymme slösas bort med onödigt stora "porer", densiteten maximeras utan att kompromissa med porositeten i professor Lis elektrod.

För att skapa sitt material, forskargruppen använde en metod som liknar den som används vid traditionell papperstillverkning, vilket innebär att processen enkelt och kostnadseffektivt kan skalas upp för industriell användning.

"Vi har skapat ett makroskopiskt grafenmaterial som är ett steg bortom vad som har uppnåtts tidigare. Det är nästan på stadiet att gå från labbet till kommersiell utveckling, " sa professor Li.