Batteriets afløser kan printes med dvd-brænder

Et studie, der ledte efter en metode til at producere grafen uden tape og blyant, førte til opdagelsen af en billig måde at masseproducere mikro-superkapacitorer. Resultatet kan ende med at erstatte batterier, mener ph.d.-studerende Maher El-Kady og hans professor i kemi og biokemi, Richard Kaner, ved Los Angeles’ universitet (UCLA).

»Eureka-øjeblikket indtraf, da Maher viste mig, hvordan han efter et to-tre sekunders opladning af grafen tilsluttede en pære og fik den til at lyse i over fem minutter,« siger Richard Kaner.

»Der vidste jeg, vi stod med noget, der ville komme til at ændre verden,« siger han.

Deres grafenkapacitor kan lade 1,36 mWh pr. cm3, godt en faktor 10 mindre end li-ion-batterier, men til gengæld kan den op- og aflade 100-1.000 gange hurtigere.

Her ses et par forskellige fremstillinger af den nye kapacitor, benævnt LSG (LightScribe Graphene) sammenlignet med li-ion-batterier i et koordinatsystem. De måles på effekt (watt) pr. kubikcm på x-aksen og energikapacitet (milliamperetimer) pr. kubikcentimeter på y-aksen. Som det ses af grafen er LSG'erne 100-1.000 gange mere effektive end batterierne, mens Li-ion har 10-100 gange mere energikapacitet end standard-LSG'en. (Foto: University of California Los Angeles) Illustration: University of California Los Angeles

»Forestil dig bare at skulle oplade en elbil på kortere tid, end det ville tage at tanke den,« siger Richard Kaner.

Opdaget ved et tilfælde

Egentlig gik Maher El-Kady’s projekt ud på at forsøge at fremstille grafen på en praktisk og billig måde: Han viste, at man kan lave grafen ved at hælde en opløsning grafitoxid på et plastiksubstrat over en cd og brænde det til grafen med laseren i en dvd-brænder.

Men det var da han sluttede en diode til det, at han opdagede, at han grafen havde lagret energi i sig, og endda nok til at lyse i minutvis efter sekunders opladning.

Masseproduktion i eget hjem

Mikro-superkapacitoren printes i hundredevis pr. skive, og ligesom grafen er den tynd, bøjelig og robust. Foto: University of California Los Angeles Illustration: University of California Los Angeles

»Hidtil har produktionen af mikro-superkapacitorer involveret arbejdstunge lotografiteknikker, der ikke har været omkostningseffektive, siger Maher El-Kade.

»Men den her proces er lige ud ad landevejen, koster ingenting og kan udføres i hjemmet: Det eneste, man skal bruge, er en standard LightScribe dvd-brænder til 50 dollars og grafitoxid fortyndet i vand, som kan købes kommercielt og billigt,« siger han.

Med den nye metode har han produceret 100 af sin nye superkapacitor på en enkelt disc i løbet af en halv time.

Batterier vs. kapacitor

De har begge det samme formål: opbevaring af energi. Men de gør det på vidt forskellige måder. Batteriet fungerer ved at have forskellig koncentration af opløste, elektrolytiske salte med forskellig ladning, og derved opstår der en spændingsforskel, der kan tappes via anode og katode. Efterhånden som den tappes af udjævnes stofmængdekoncentrationerne, og spændingen falder.

En kapacitor består af to ledende dele adskilt af en isolator. Når den påføres spænding, opbygger den et elektrisk felt. Afbrydes den elektriske forbindelse, mens spændingen er høj, forbliver kapacitoren statisk elektrisk, indtil den på ny forbindes til noget, den kan aflade på.

Forskellige materialer kan være bedre eller dårligere til at opbygge spænding og holde på den, ligesom forskellige elektrolytter i batterier kan have forskellig energikapacitet.

Men de nye mikro-superkapacitorer har også en anden fordel i forhold til batterier:

»Batterier forbindes ofte med giftige tungmetaller. Man må faktisk ikke smide dem ud. Men en kulbaseret kapacitor kan man smide lige på kompostbunken,« siger Richard Kaner.

Som fællestræk kan batterier generelt indeholde mere energi pr. volumen, mens kapacitorer kan op- og aflade hurtigere og typisk mange flere gange. Den nye grafenkapacitor viser ikke tegn på forringelser efter 10.000 op- og afladninger.

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Altså jeg tænker på at i dag fylder Li-Ion batterierne i en elbil da allerede en del, og hvis man så skal have noget der fylder 10 gange så meget, så kan det da knibe med pladsen. Men det kan selvfølgelig være man nemmere kan gemme det i strukturen og sådan, forudsat at det ikke skal skiftes ud. Men mon ikke der er en del år til man ser grafen "batterier" i elbiler.

Men fedt at det er så nemt at producere - det skal nok blive hyl at finde anvendelse for det specielle materiale i fremtiden.

  • 2
  • 0

Man kan også jævnlig læse danske artikler om tungsten (wolfram) og potassium (kalium). En klassisk fejl, når man oversætter en artikel om et emne, man reelt ikke er nok inde i til at kende de danske betegnelser.

tilbage til emnet: Bortset fra størrelsen lyder det som en god ide. Men hvordan er det med afladningen, når batteriet bare ligger stille?

  • 2
  • 0

Med 400V og 20A har man 8kW til rådighed...og et lille traktionsbatteri har en kapacitet på 8kWh, hvilket med normale 400V/20A altså tager en time.

Uanset om grafenen lader hurtigere end LiIon batterier så begrænser udtaget effekten.

Hvis optankningstiden skal ned på fx 6 minutter skal produktet af strøm og spænding øges med en faktor 10.

Det bliver jo foreksempel enten 4kV eller 200A - ingen af delene er noget jeg hat lyst til at være for tæt på ;-) heller ikke med L-AUS forklæde.

Nå det kan nok løses, det er jo det vi er til

med venlig hilsen

Jens Frederik

  • 5
  • 0

Gad vide, om grafenbatterier kunne indlejres i stellet på elcykler/cykelbiler, så en del af den ekstra batterivægt i det mindste gav strukturel styrke.

  • 4
  • 0

Hvis dette bliver til noget, vil tankstationer ende med større super kondensatorer, der vil i realiteten erstatte lagertankene, de har i dag, hvor de vil enten blive fyldt med energi fra nettet eller lokalt fra vedvarende energikilder. FEDT!

Man skal ikke belaster nettet for meget, så en jævn optankning af deres superkondensator er svaret, og det passer også fint med vedvarende energi kilder, hvor opladning kan ske om natten osv...

Dette er også et svar på lagring på nettet, som kan også være brugt til at give strøm til nettet efter behov, hvor størrelsen og vægten har også mindre betydning!

Jeg har ventet på at se nogen komme op med dette... Forhåbentlig vil det være, hvad vi håber... De negative aspekter er ikke rigtig blevet fremsat endnu...

Hvad med vægten mht. biler?

  • 3
  • 0

Hvorfor skulle 200A nu pludselig være så farligt?. 3x63A 400V udtag har da været "almindeligt" anvendt i lange tider uden specielle problemer.

  • 4
  • 0

Det er lidt svært at tage opfinderen seriøst, når han fortæller at han har fået en pære til at brænde i 5 min på grafen/DVDkondensatoren. Videoen viser tydeligt at det er en LED.

  • 1
  • 3

Eh. Udover at pære og LED efterhånden er interchangeable, nu hvor man kan få LED pærer, er opstillingen de viser ikke nødvendigvis den han så første gang...

  • 0
  • 0

1,36 mWh pr. cm3 = 1,36 kWh pr m^3, ikke sandt? Det er jo ikke voldsomt meget. Lad os håbe, det kan blive til mere. Ellers skal det godt nok kunne laves meget meget billigt. Jeg havde lige håbet på fx et billigt 100 kWh lager, som man så kunne fylde solcellestrøm i om dagen og tappe over på bilen, når man kom hjem fra arbejde om aftenen. Hvis man kunne få sådan en fætter til fx 20000 kr var det ikke nødvendigt med nettomålerordning for at få folk til at sætte solceller op.

  • 1
  • 0

For en uge siden postede jeg et indlæg om netop den superkondensator artiklen handler om:

Jeg vil ikke genposte hele indlægget, men bare give et link til det: http://ing.dk/artikel/er-grafen-det-nye-mi...

Jeg har en reference til den videnskabelige artikel på nature.com Yderlige kan jeg bemærke at jeg et-eller-andet-sted-ude-på-nettet har set nogen beregne sådan en cd-skive grafen superkondensator til at have en kapacitans på 0,4 Farad, og at den kan tåle en spænding på 4 volt.

  • 1
  • 0

Altså jeg tænker på at i dag fylder Li-Ion batterierne i en elbil da allerede en del, og hvis man så skal have noget der fylder 10 gange så meget, så kan det da knibe med pladsen. Men det kan selvfølgelig være man nemmere kan gemme det i strukturen og sådan, forudsat at det ikke skal skiftes ud. Men mon ikke der er en del år til man ser grafen "batterier" i elbiler.

Du glemmer lige en ting. Grafen har en højde der svarer til 1 kulstof-atom - det betyder en vægt på kun 0,00077 gram per m². (kilde: http://en.wikipedia.org/wiki/Graphene ) Almindeligvis vil man nok producere sådan en superkondensator med 2 lag med en isolator imellem de 2 grafen plader, som så rulles sammen i en cylinder, så den får en mere praktisk håndterlig størrelse.

1,36 mWh pr. cm3 = 1,36 kWh pr m^3, ikke sandt? Det er jo ikke voldsomt meget. Lad os håbe, det kan blive til mere. Ellers skal det godt nok kunne laves meget meget billigt. Jeg havde lige håbet på fx et billigt 100 kWh lager, som man så kunne fylde solcellestrøm i om dagen og tappe over på bilen, når man kom hjem fra arbejde om aftenen. Hvis man kunne få sådan en fætter til fx 20000 kr var det ikke nødvendigt med nettomålerordning for at få folk til at sætte solceller op

Som jeg før nævnte er grafen kun 1 kulstof-atom i højden, så 1,36 KWh per m² er meget imponerende., og det er faktisk ret meget energi den kan lagre.

Tænker man ud af boksen, så laver man et 101 lags grafen super-kondensator på bagsiden af en 1 m² stor solcelle, dvs. at man kunne komme til at købe en solcelle der er født med : ((101 - 1)x1,36 KWh/m²) = 136 KWh lagerkapacietet per m² solcelle.

Så begynder det at ligne noget, for sådan en solcelle-grafen super kondensator kan sagtens trække f.eks. en ovn i flere timer uden problemer, hvis superkondensatoren ellers har den rigtige effekt-elektronik (hint: en kondensator virker ikke som et batteri).

En anden ting er at en grafen super-kondensator godt kunne tilsluttes en el-bils grafen superkondensator via en strømbegrænser, så man nemt kan lynlade derhjemme, hvis supekondensatoren derhjemme er meget større (faktor 10), end den der er i bilen.

  • 0
  • 1

KODA skal vel stadig have det såkaldte blankbåndsvederlag som kompensation for hjemmekopiering, dvs. KODA-afgift på blanke skiver selv om det er til at brænde batterier?

  • 0
  • 0

Det vederlag skal de vel ikke have hvis man kan nøjes med kun at købe en polycarbonat-skive der "tilfældigvis" har nøjagtig samme dimension som en CD. En sådan polycarbonat skive kan ikke lagre information og så må man formode at afgiften falder bort.

Skulle SKAT være helt umulig på det punkt kunne man gøre et juridisk problem til et teknisk problem: Man laver bare en laser plotter der arbejder oven over en firkantet overflade, der er større end en CD-ROM. Man kan passende indkøbe en større bunke lasere til plotteren, så laserne kan arbejde i parallel, hvilket gør at maskinen er hurtigere færdig med emnet.

  • 0
  • 0

Super gode indlæg !!

Kunne man forestille sig nogle studerende der laver en opgave på et sådanne 1 m2 "batteri" af grafen ?

(NB: man kan rette/opdatere sine indlæg)

  • 0
  • 0
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten