Grafen için çığır açan yeni bir uygulama alanı daha

2010’da Nobel Fizik ödülünü alan grafen, 2004’te Manchester Üniversitesi’nde geliştirilen oldukça yeni bir teknolojik gelişme. Grafen, karbon atomlarının bal peteği şeklinde dizilmesiyle oluşan ve daha öncekilerle kıyaslanmayacak bir potansiyele sahip özgün bir çok amaçlı malzeme.

Bugüne kadar, su arıtma cihazlarında, güçlü ve esnek dijital dokunmatik ekranlarda ve gelişkin gece görüşü lenslerinde kullanılmıştı. Şimdi ise bir grup araştırmacı, bu malzemeye yeni bir kullanım alanı bularak, mikro süperkondansatör denilen inanılmaz ölçüde güçlü enerji depolama cihazlarının oluşturmayı başardı.

Mikro süperkondansatörler pillere benziyorlar ancak enerjiyi onlardan çok daha hızlı bir şekilde depoluyor ve aktarıyorlar. Geleneksel kondansatörler enerjilerini bir kamera flaşının patlaması kadar bir sürede emiyor, koruyor ve saklıyor. Bu yönleriyle, kimyasal enerjiyi, istendiğinde yavaşça elektrik enerjisine dönüştürünceye kadar neredeyse sonsuz şekilde saklayan lityum-iyon pillerden farklılaşıyorlar.

Kondansatör ile süperkondansatör arasındaki fark ise aslında ne kadar yük taşıyabildiklerine ilişkin. Süper kondansatörler aynı boyutlardaki sıradan kondansatörlere göre 10 ile 100 kat daha fazla enerji saklayabiliyor. Kondansatörler, örneğin, ulaştırmada ihtiyaç duyulan uzun erimli saklama ihtiyacına karşıt olarak sık ve hızlı yükleme ve tüketme döngüleri gerektiren elektrik sistemlerinde kullanılmaktalar.

Grafen, diğer pek çok özelliğinin yanı sıra, bakıra rakip olacak derecede geniş bir sıcaklık aralığında elektrik iletkenliğine sahip olması nedeniyle süperkondansatör yapmak için kullanılabilecek ideal bir malzeme olma özelliğine de sahip.

Rice Üniversitesi tarafından geliştirilen bu yeni mikro süperkondansatörler ise bu alandaki önemli bir teknolojik ilerlemeyi temsil ediyor. Pillerden 50 kat hızlı şarj olup, geleneksel kondansatörlerden çok daha yavaş bir şekilde boşalıyorlar. Depoladıkları enerji miktarı ve enerjilerini boşaltma hızları piyasadaki mevcut süperkondansatörlerle aynı ve hatta bazı lityum ince film pillerinkine dahi yaklaşıyor. Boyutlarının küçüklüğü ise giyilebilir teknolojiler dahil geniş bir elektronik sistemler yelpazesinde kullanılabilecekleri anlamına geliyor.

Bu küçük parçaları üretmek için, kimyager ve mühendislerden oluşan grup oda sıcaklığındaki hava içerisinde plastik tabakalara elektrot örüntüleri çizmek için yüksek ısılı karbon dioksit lazerleri kullandılar. Güçlü ışınlar ticari poliimid plastiği neredeyse anında ateşleyerek en üst katmandaki karbon bölüm dışında her şeyi temizliyor. Bu katman sadece bir kaç atom kalınlığında olduğundan, bir grafen biçimini alıyor.

Lazerle üretilen grafen tabakalara daha sonra, bunları tam da bazılarının pozitif ve bazılarının negatif elektrotlar haline gelmesine yetecek kadar değiştirmek üzere çeşitli kimyasallar uygulanıyor. Bu iki tabaka türü bir arada kondansatörün ikili parçalarını oluşturuyor. Normalde geniş kullanımlı süperkondansatörler yapılırken kullanılan bağlayıcı ya da ayırıcılar gibi çeşitli ek parçalara ise bu mikro süper kondansatörler üretilirken ihtiyaç duyulmuyor.

Bu mikro süperkondensatörler gerçekten de flaş patlayıncaya kadar üretilmiş oluyorlar.