Latvijas Zinātņu akadēmija (LZA) ir izdevusi savu ikgadējo gadagrāmatu – plašu pārskatu par Latvijas zinātnes attīstību, sasniegumiem, izaicinājumiem un nākotnes iecerēm. Izdevumā apkopoti dažādu zinātnisko institūciju vadītāju un pārstāvju skatījumi uz zinātnes procesiem valstī. Autoru vidū ir arī Latvijas Universitātes Cietvielu fizikas institūta (LU CFI) vadošie pētnieki Roberts Eglītis un Juris Purāns, kas uzskaita materiālus, ar kuru palīdzību varētu darboties tehnoloģijas jau tuvākajā nākotnē. Dalāmies ar īsu izgriezumu no raksta, kur tuvāk aplūkots grafēns.
Grafēns ir oglekļa alotrops, kas sastāv no viena atoma biezas kārtas, kas izkārtota šūnveida plaknē. Tas ir pazīstams ar savu izcilo stiepes izturību, elektrovadītspēju un caurspīdīgumu. Kopš 2012. gada, kad pasaules grafēna tirgus tika novērtēts 9 miljonu ASV dolāru apmērā, pieprasījums pēc tā ir nepārtraukti audzis dažādās nozarēs, tostarp pusvadītāju, elektronikas, bateriju un kompozītmateriālu ražošanā.
Grafēna unikālā struktūra padara to piemērotu enerģijas uzglabāšanas risinājumiem, īpaši superkondensatoros un litija jonu baterijās. Superkondensatori atšķiras no tradicionālajām baterijām ar to, ka tie uzglabā jonus uz elektrodu virsmām statiskās elektrības ietekmē, kas nodrošina ļoti ātru uzlādi un izlādi. Lai gan to jaudas blīvums ir lielisks, enerģijas blīvums joprojām atpaliek no tradicionālajām baterijām. Grafēna teorētiskā virsmas platība (2600 m²/g) ļauj uzglabāt lielu jonu daudzumu. Tomēr praktiskā pielietojumā šo priekšrocību bieži samazina grafēna kārtiņu salipšana. Neskatoties uz to, grafēns joprojām ir viens no perspektīvākajiem materiāliem superkondensatoru efektivitātes uzlabošanai un to pietuvināšanai tradicionālo litija jonu bateriju aizstāšanai elektriskajos transportlīdzekļos.
Būtisku izrāvienu panākusi Dienvidkorejas pētnieku komanda, kas izstrādāja uz grafēna bāzes veidotu superkondensatoru ar enerģijas blīvumu 131 Wh/kg apmērā – gandrīz četras reizes vairāk nekā iepriekšējiem prototipiem. Lai gan tas joprojām ir zemāks par litija jonu bateriju nodrošinātajiem 200 Wh/kg, šis sasniegums būtiski samazina starpību. Turklāt UCLA Kalifornijas Nanozinātņu institūts ir izstrādājis mikrosuperkondensatorus, izmantojot ar lāzeru gravētu grafēnu (LSG), kas kombinēts ar molibdēna disulfīdu un mangāna dioksīdu. Šīs kompaktās ierīces uzglabā tikpat daudz enerģijas kā svina-skābes baterijas, var tikt uzlādētas sekundēs un ir ideāli piemērotas valkājamām tehnoloģijām un medicīnas ierīcēm.
Turpinājumā autori aplūko bateriju inovācijas ārpus ierastajām litija jonu iespējām, supravadītājspēju un dažādus jaunus materiālus un virzienus, kas veicinātu enerģijas uzkrāšanas attīstību.
