Plus Zorgt grafeen voor doorbraak in batterijtechnologie?

Het lijkt sterk op de zwarte stof in onze potloden, maar het is een uiterst ongewoon materiaal dat zijn eigenschappen nog maar pas begint prijs te geven. Van grafeen wordt dan ook een marktdoorbraak verwacht die disruptief kan zijn, zeker op het vlak van batterijtechnologie.

Francis Van den Noortgaete | 7 september 2018
Pexels Photo 193004

Een simpele potloodstreep op papier bestaat – op heel kleine schaal – uit een losse opeenstapeling van ontzettend dunne laagjes met de dikte van één koolstofatoom. Onder een speciale microscoop zien die laagjes eruit als kippengaas. Maar wat als je één enkel laagje zou kunnen isoleren? Dan heb je grafeen, een materiaal met heel bijzondere eigenschappen. Pas de voorbije vijftien jaar is men erin geslaagd om grafeen te maken en het grondig te bestuderen. De ontdekking leidde in 2010 al tot twee Nobelprijzen.

Disruptie in de elektronica

Wat maakt grafeen nu zo buitengewoon? Het materiaal blijkt zo’n tweehonderd keer sterker te zijn dan staal en beter geleidend dan koper. En het bezit nog andere zeldzame optische en magnetische eigenschappen. Volgens experts heeft grafeen dan ook alles in zich om de wereld van de elektronica overhoop te gooien.

Zo merken onderzoekers een aanzienlijke verbetering van batterij-elektrodes wanneer ze grafeen gebruiken. Omdat het zo goed geleidt, is een dun laagje voldoende. Je kan er dus een grotere hoeveelheid gewone koolstof (grafiet) mee vervangen. Grafeen maakt de batterijen niet alleen lichter maar laat ook hoge energiedichtheden toe. Batterijen met het nieuwe materiaal zouden bovendien een veel kortere oplaadtijd kennen en een pak langer meegaan: belangrijke voordelen wanneer je deze batterijen vergelijkt met de huidige generatie.

De totale marktwaarde van het materiaal ging de voorbije jaren vlot over de grens van 10 miljoen dollar. De doorbraak verloopt bliksemsnel. Volgens kenners kan grafeen de volgende jaren al een belangrijke rol spelen in onder meer gebogen of flexibele materialen voor smartphones, en bij de uitrol van 5G-netwerken.

Omdat het ook qua mechanische eigenschappen excelleert, biedt grafeen ook buiten de elektronicasector heel wat toepassingen. Denk aan extra sterke motorhelmen en banden die veel minder snel slijten. De eerste modellen van dergelijke banden zijn stilaan commercieel verkrijgbaar.

Deining op nanoschaal

Onderzoekers van de universiteit van Arkansas voegden onlangs nog een unieke eigenschap toe aan dit palmares. Zij ontdekten dat er in het tweedimensionale materiaal op microscopische schaal een spontane beweging optreedt, vergelijkbaar met de lichte deining van een wateroppervlak. De wetenschappers vonden een manier, gebaseerd op nanotechnologie, om die grafeen-deining te ‘oogsten’ en noemden het toepasselijk vibration energy harvesting (VEH). Het werkt als volgt: tussen twee elektrodes bevestigd raakt de grafeenlaag afwisselend de bovenste en onderste electrode en zorgt zo voor een minuscule wisselspanning. Maar dan op een schaal die tienduizenden keren kleiner is dan de punt van een naald.

Zelfs op die schaal kan de wisselspanning, die zichzelf in stand houdt, op termijn bijvoorbeeld een polshorloge van stroom voorzien. En dat zonder dat de stroombron ooit op raakt of zelfs opgeladen hoeft te worden. Bij de transitie naar een samenleving gebaseerd op duurzame en hernieuwbare energiebronnen kan grafeen dus een belangrijke rol gaan spelen. Maar ook in biomedische implantaten zoals pacemakers, of in hoorapparaten en draagbare sensoren maakt het een enorm verschil als je batterijen niet meer hoeft te vervangen.

Bron: Graphene Info, Science Alert, Tech Radar

Verder lezen?

Maak een profiel aan en lees Susanova nu 1 maand gratis.