Základem pro vývoj nového materiálu je sedm let starý úspěch olomouckého centra, jehož expertům se podařilo sestavit nejtenčí izolant na světě, pouhým okem neviditelný fluorografen. V jeho šestiúhelníkové struktuře je na každý uhlík navázán atom fluoru a dlouho byl považován za chemicky inertní, tedy nereagující s jinými prvky či sloučeninami.
Olomouckým vědcům se ale podařilo prokázat, že je možné vyvinout celou řadu odvozenin, kdy výměnou fluoru za jinou funkční skupinu dokážou materiálu vtisknout nové vlastnosti požadované pro konkrétní využití.
„Opět jsme vyšli z fluorografenu a vytvořili jeho nový derivát tím, že jsme na dvourozměrný skelet připojili chemickou spojkou molekulu ftalocyaninu,“ nastínil Michal Otyepka, který vede vědecký tým, jenž se vývojem materiálu zabývá zhruba dva roky díky prestižnímu grantu Evropské výzkumné rady.
„Podařilo se připravit materiál, který na každé funkční skupině nese pozitivní i negativní náboj současně, tedy takzvaný obojetný ion zwitterion, ale jeho celkový náboj je neutrální. Na povrchu grafenu jsme tak vytvořili organizovanou síť nábojů. Tyto povrchy jsou velmi vhodné pro přenos a separaci nábojů, a tudíž se nabízí jejich aplikace v takzvaných superkondenzátorech pro ukládání energie,“ shrnul Otyepka.
Superkondenzátory mají spojit výhody baterií a kondenzátorů
Po podobných úložištích elektrické energie je nyní velká poptávka, neboť najdou využití v široké škále techniky od mobilních telefonů až po elektromobily. Jejich vývoji se proto věnuje celá řada výzkumných pracovišť.
Mají totiž spojit výhody baterií, které mají sice velkou kapacitu, ale jejich nabíjení trvá poměrně dlouho, a kondenzátorů, jenž se dají rychle nabít, ovšem mají relativně malou kapacitu.
„Připravený grafenový derivát je pro toto využití vhodný. Má výbornou stabilitu, dobrou vodivost a jeho kapacita neklesá ani po vysokém množství nabíjecích cyklů. Navíc jako elektrolyt využíváme bezpečný síran sodný,“ popsal Otyepka.
„Naším cílem je získat materiál s ještě větší energetickou hustotou, tedy množstvím uložené energie, a druhým krokem bude vytvoření prototypu superkondenzátoru, který by tento materiál využíval,“ dodal.