Gąbki grafenowe jako nowy materiał elektrodowy

Na Wydziale Chemii Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu wytworzono gąbki grafenowe.  Z pewnością znajdą one zastosowanie jako materiał elektrodowy w kondensatorach elektrycznej warstwy podwójnej, superkondensatorach, ogniwach słonecznych oraz ogniwach paliwowych. Oryginalny pomysł naukowców z Torunia polegał na zastosowaniu nanoseparatorów w postaci węglanu wapnia bądź węglanu sodu. Ich obecność skutecznie zapobiega wtórnej aglomeracji płatków grafenowych do postaci grafitu. Jednocześnie mogą one zostać łatwo usunięte ze struktury gąbki metodami chemicznymi. Innowacyjnym rozwiązaniem jest wykorzystanie alkoholu polifurfurylowego jako lepiszcza. Alkohol polifurfurylowy po procesie karbonizacji stabilizuje strukturę gąbki.

Grafen będący budulcem gąbek wytworzony został metodą top-down (od góry do dołu), polegającą na złuszczaniu grafitu do płatów grafenowych w elektrolicie pod wpływem przepływającego prądu. Jako materiały wyjściowe zastosowano łatwo dostępne mikroproszek grafitowy oraz folię grafitową. Dlatego proponowana elektrochemiczna metoda złuszczania  stwarza możliwości produkcji grafenu na szeroką skalę.

Potencjalny materiał elektrodowy był przedmiotem kompleksowych analiz i pomiarów. Gąbczasta struktura widoczna jest na obrazach z elektronowego mikroskopu skaningowego. Natomiast elektronowa mikroskopia wysokiej rozdzielczości oraz mikroskopia sił atomowych posłużyła do określenia struktury ścianek grafenowych. Uzyskane wyniki wskazują, że grubość płatów grafenowych wynosi co najwyżej kilku warstw atomowych.  Z kolei widma rozpraszania ramanowskiego dowodzą niewielkiej koncentracji defektów strukturalnych. Godna uwagi jest analiza struktury porów oraz powierzchni właściwej gąbek wskazują. Eksperymenty z niskotemperaturową adsorpcją azotu bezsprzecznie wskazują na duży potencjał aplikacyjny gąbek. Przede wszystkim gąbki grafenowe mogą znaleźć zastosowanie jako materiał elektrodowy w urządzeniach do przechowywania i konwersji energii. Autorzy eksperymentu  zwracają uwagę na aspekt ekonomiczny i ekologiczny proponowanej metody wytwarzania gąbek grafenowych jako materiału elektrodowego.

Więcej: https://www.mdpi.com/2079-4991/9/7/971