Alverdens mobiltelefon-, elbil- og laptopproducenter drømmer om et batteri, som både kan indeholde store mængder energi og op- og aflades hurtigt. Elektrokemisk er det nemlig to egenskaber, som strider mod hinanden.

Men nu har en gruppe af amerikanske forskere ved Rensselaer Polytechnic Institute i staten New York, eksperimenteret med at erstatte det grafit, der bruges som anodemateriale i visse typer lithium-ion-batterier med det ultratynde materiale grafen. Batterier med grafit er kendt for at have en høj energitæthed med relativt dårlige op- og afladningsegenskaber.

Forskerne dannede først grapheneoxid, som består af en masse lag af grafen med indbyggede iltatomer. Selve materialet er lige så tykt som et almindeligt stykke papir. Derefter blev materialet delvist ødelagt. Det gøres ved at beskyde det med en laser eller ved bare at skyde en almindelig foto-blitz af foran det. Dermed opstår der en masse små huller og sprækker, fordi iltatomerne bliver omdannet til CO2 og skubbet ud af materialet. Det får ligeledes de enkelte lag til at ekspandere og gør det fem gange så tykt.

Når det 'ødelagte' grafen indsættes som anode i et batteri, bliver op- og afledningsegenskaberne væsentlig forbedret. Ionerne skal nemlig ikke længere bevæge sig hele vejen igennem materialet, men kan bruge alle de huller og sprækker, der er opstået som en slags genvej, og dermed hurtigt komme ind og ud af anoden. Forskerne har vist, at deres eksperimentelle anodemateriale kan op- og aflade 10 gange hurtigere end med konventionelle anoder i et lithium-ion-batteri, uden at det giver noget større tab i energitæthed.

Risø imponeret

Forskningsprofessor Mogens Mogensen fra DTU's afdeling for Energikonvertering på Risø er overrasket over de resultater, de amerikanske forskere har opnået:

»Den elektrokemiske ydeevne af disse grafen-elektroder er virkelig imponerende i laboratorieopstillingen. Fremtiden må vise, om det kan implementeres med samme meget hurtige opladning/afladning og antal cyklusser i praktiske batterier,« siger han. Men Mogens Mogensen er også skeptisk omkring de fremtidige muligheder for at bruge grafen i batterier:

»Det hævdes i artiklen, at det porøse og revnede grafenpapir er mekanisk robust, hvilket synes overraskende. Der mangler klar dokumentation for denne påstand i artiklen, så vidt jeg kan læse den, men det udelukker naturligvis ikke, at det kan være sandt.«

Lange udsigter

Selv om forskerne nu har vist, at batterier muligvis kan op- og aflades langt hurtigere end tidligere, så mener Ivan Loncarevic, at man skal slå koldt vand i blodet. Han er batteriekspert og ejer af virksomheden Lithium Balance, der udvikler og producerer elektronik til styring af batterier:

»Forskerne har vist, hvordan energi bevæger sig i den ene del af batteriet, altså anoden. Men det er noget helt andet, hvordan det vil reagere med resten af kemien i et samlet batteri og ved høje temperaturer. Det er dog interessant, at de har fundet et meget let materiale,« siger han og vurderer, at udviklingstiden for sådanne batterier ligger på syv til ni år.