Baterie grafenowe będą częścią ubrania

Grafenowe superkondensatory nadrukowane wprost na ubrania, mogą zasilać urządzenia medyczne, przenośne komputery lub telefony.

Wyobraź sobie, że jesteś na przechadzce w górach, gdy nagle zaskakuje cię śnieżyca. Pomimo ciepłego okrycia, temperatura ciała zaczyna spadać. Lecz bez paniki. Czujniki temperatury w ubraniu wykrywają spadek ciepła i aktywują ocieplacze umieszczone w materiale. Przy takim idealnym podgrzaniu, można kontynuować wędrówkę.

Świetny pomysł, prawda? Czemu to jeszcze nie jest rzeczywistością? Jedno słowo: baterie. Technologia zasilania nie rozwinęła się tak szybko, jak technologia mobilnych urządzeń, takich jak smartwatch czy fitness tracker, czy czujniki medyczne w ubraniu, które wymagają zasilania z nieporęcznych baterii, lub częstego podłączania do ładowarki.

Niedawno naukowcy z Wielkiej Brytanii dokonali nowego odkrycia, mogącego prowadzić do znalezienia rozwiązania: elastyczne urządzenia grafenowe podobne do bateri, które mogą zostać nadrukowane niemalże na wszystkim.

„Takie baterie można drukować nawet na giętkich podłożach, takich jak tekstylia a ładowanie ich jest bardzo szybkie” mówi Mohammad Nazmul Karim z Narodowego Instytutu Grafenu na Uniwersytecie w Manchesterze.

Technicznie rzecz biorąc, urządzenia te nie są dosłownie bateriami a superkondensorami, przechowującymi energię na ich powierzchni dzięki ładunkom statycznym. Mogą być również ładowane – w odróżnieniu od zwykłych baterii – w ciągu kilku sekund i nie tracą swoich możliwości przechowywania energii nawet po milionach ładowań.

Superkondensatory, nad którymi pracuje Karim i jego zespół są wykonane z grafenu, dwuwymiarowej siatki węglowej o grubości jednego atomu. Badacze użyli zwykłej techniki sitodruku do nałożenia warstwy tlenku grafenu na bawełniany materiał. Sam materiał może być noszony, rozciągany, a nawet prany bez obawy o zniszczenie możliwości ładowania superkondensatora.

„W momencie nałożenia grafenu na materiał, staje się on nie tylko przewodnikiem, ale również go wzmacnia”, twierdzi Karim.

Grafen można rozciągnąć do 20% swojej oryginalnej wielkości, bez uszkodzenia go. Dlatego właśnie, perspektywa zastosowania go w odzieży, która porusza się razem z ciałem, jest tak obiecująca.

 

Głównym celem zespołu, było zastosowanie grafenowych superkondensatorów, jako czujników medycznych: monitory serca, czujniki temperatury i czujniki EEG obserwujące pracę mózgu podczas snu, i nie tylko. Karim zakłada, że może się to wydarzyć już za dwa, trzy lata. Implementacja tej technologii dla innych zastosowań – ładowania telefonów, mobilnych komputerów, a nawet stabilizujących temperaturę kurtek – zajmie jednak znacznie więcej czasu.

Technologia noszonych urządzeń to spory biznes. Ostatnia analiza rynku sugeruje, że ta gałąź przemysłu w 2020 roku, będzie warta około 34 miliardów dolarów. Jednak kwestia ładowania jest ciągłym problemem producentów takich urządzeń. Nikt nie chce zdejmować swojej opaski w środku dnia, tylko po to, żeby ją naładować. Z tego powodu poszukiwania lepszego źródła zasilania trwają od lat. Wiele firm stawia na bezprzewodowe ładowanie, jako właściwy kierunek w rozwoju zasilania noszonych urządzeń – na przykład poprzez bezprzewodową ładowarkę umieszczoną na ścianie w kuchni, która ładowałaby sprzęt w trakcie gotowania, bez konieczności zdejmowania go. Ta technologia jest jeszcze niedoskonała, a konsumenci na razie, stronią od powolnych i drogich ładowarek bezprzewodowych, dostępnych na rynku.

Karim jednak uważa, że grafen nie jest mimo wszystko definitywnym rozwiązaniem. Głównym wyzwaniem, jest wytworzenie dużych zasobów wysokiej jakości grafenu. Ten o niższej jakości jest tańszy, łatwiejszy do uzyskania i wystarczający dla niektórych zastosowań, lecz wyprodukowanie grafenu najlepszej jakości wciąż jest drogie i pracochłonne. Jest to problem, który badacze próbują aktualnie rozwiązać.

Kolejnym mankamentem grafenu, jest to, że pomimo elastyczności i relatywnie niskiej szkodliwości dla środowiska, wykonane z niego superkondensatory nie przewodzą elektryczności tak dobrze, jak metale, takie jak srebro czy miedź. W zależności od zastosowania mogą być wykorzystywane zamiennie.

Na razie pozostaje czekać na to, co przyniesie przyszłość. Być może za dekadę lub dwie zasilane grafenowymi superkondensatorami ocieplane kurtki zimowe staną się rzeczywistością, a podróże w Himalaje okażą się dużo przyjemniejsze.