Anmeldelse fremhæver potentialet for grafen og andre 2D-krystaller i energisektoren

Grafen har mange potentielle anvendelsesmuligheder, blandt dem energiproduktion, konvertering og opbevaring. Grafen – et enkelt lag af kulstofatomer – og relaterede todimensionelle krystaller kombinerer høj elektrisk ledningsevne med fysisk fleksibilitet og et enormt forhold mellem overflade og vægt. Sådanne kvaliteter gør dem velegnede til at opbevare elektrisk ladning i batterier og superkondensatorer, og som katalysatorer i sol- og brændselscelleelektroder.

En række energiapplikationer til 2D-krystaller er under udvikling verden over, og Europas Graphene Flagship har investeret betydelige ressourcer i dette område. Nu, i en artikel til tidsskriftet Videnskab , flagskibsforskere – sammen med kolleger i USA og Korea – giver en bred gennemgang af potentialet for grafen og relaterede materialer i energisektoren. Forfatterne håber, at deres anmeldelse vil hjælpe forskere i industrien og den akademiske verden til at identificere de bedste veje til succesfulde applikationer, der gavner samfundet som helhed.

Forskerne - ledet af fysikeren Francesco Bonaccorso, der er baseret på Graphene Labs ved det italienske teknologiske institut i Genova, og er Royal Society Newton Fellow ved Cambridge Graphene Center - bemærk de betydelige fremskridt, der er gjort i materialeforberedelse på laboratorieniveau. De fremhæver også udfordringen med at producere materialerne i industriel skala på en omkostningseffektiv måde.

grafen, den bedst kendte af de hundredvis af todimensionelle krystaller, der er undersøgt til dato, har et meget højt overflade-til-masse-forhold. Med omkring 2, 600 kvadratmeter for hvert gram, grafen er alt overflade og ingen bulk, og det er denne 2D-natur, der giver grafen sin unikke elektriske, termiske og mekaniske egenskaber.

I anmeldelsesartiklen, forskerne undersøger de hidtidige fremskridt – og ser frem til det fremtidige potentiale for 2D-krystaller i:

• Solceller
• Termoelektriske enheder
• Brændstofceller
• Batterier
• Superkondensatorer
• Brintproduktion og -lagring

Forskerne konkluderer, at grafen og relaterede todimensionelle krystaller kan spille en stor rolle i fremtidige energikonverterings- og lagringsteknologier. Dette er et aktivt område for forskning og udvikling for Graphene Flagship-partnere, både akademisk og industrielt.

"Den enorme interesse for todimensionelle krystaller til energianvendelser kommer både fra deres fysisk-kemiske egenskaber, og muligheden for at producere og forarbejde dem i store mængder, på en omkostningseffektiv måde, " siger Bonaccorso.

"I denne sammenhæng, udviklingen af ​​funktionelle blæk baseret på todimensionelle krystaller er indgangen til realiseringen af ​​den nye generation af elektroder i energilagrings- og konverteringsenheder." Bonaccorso tilføjer, at udfordringen forude er at demonstrere en forstyrrende teknologi, hvor todimensionelle materialer ikke kun erstatter traditionelle elektroder, men endnu vigtigere muliggør design af helt nye enhedskoncepter.

Anmeldelsesmedforfatter Andrea Ferrari, der er formand for direktionen for flagskibet grafen, og er direktør for Cambridge Graphene Centre, tilbyder et nøgternt optimistisk syn på potentialet for grafen på dette område:"Graphene og relaterede materialer har store løfter på disse områder, og Graphene Flagship har identificeret energianvendelser som et nøgleområde for investeringer.

"Vi håber, at vores kritiske overblik vil guide forskere i den akademiske verden og industrien i at identificere optimale veje mod applikationer og implementering, med en eventuel fordel for samfundet som helhed."