Perfekte Defekte

| |
1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars

Auf Graphen ruhen nicht wenige Hoffnungen der Elektronikbranche. Jetzt sollen Löcher in dem Wundermaterial Superkondensatoren endlich zu brauchbaren Alternativen für Batterien und Akkus machen.

Das wundersam zweidimensionale Kohlenstoffmaterial macht Forschungsgelder in aller Welt locker. Allein die EU finanziert die Forschungsinitiative „The Graphene Flagship“ mit einer Milliarde Euro. Denn Graphen glänzt mit chemischen und physikalischen Eigenschaften, die schnellere Schaltkreise, biegsame Displays oder bessere Akkus versprechen. Und je mehr sich die Forscher mit dem „flachen“ Material beschäftigen, desto mehr Chancen verspricht es.

Jetzt haben Forscher der University California, San Diego  eine Methode entwickelt, mit Graphen mehr Energie in Kondensatoren zu speichern. An solchen Superkondensatoren wird schon seit längerem in vielen Labors der Welt gearbeitet. Sie verfügen zwar über eine hohe Leistungsdichte, ihre Energiespeicherkapazität muss jedoch optimiert werden.

„Löchriges“ Graphen

Die Methode der Universität in San Diego bedient sich der Defekte von Kohlenstoff-Nanoröhren, um die Energiespeicherung zu verbessern. Bislang wollte man immer eine möglichst perfekte Wabenstruktur herstellen. Ohne Defekte ist das allerdings kaum realisierbar. Muss auch nicht, wie sich jetzt zeigt. Denn die Ladungsdefekte führen zu Extrakapazitäten.

Die Forscher bombardierten das Graphen zusätzlich mit Argon-Ionen, um künstlich geladene „Löcher“ zu erzeugen. Danach soll sich die Kapazität des Materials um das Dreifache erhöhen.

Auch Forscher der Rice University haben eine laserbasierte Methode gefunden, um eine Art „fehlerhaften“ Graphenschaum herzustellen. Normalerweise besteht Graphen aus 6-atomigen Ringen, die sich zu einer Gitterstruktur anordnen, unterbrochen durch vereinzelte 5- und 7-atomige Ringen, die als Defekte bezeichnet werden. Diese 5-7-Kombinationen werden von den Forschern jedoch mittlerweile gewünscht, da sie Elektronen sehr gut speichern.

Experimente zeigten eine Kapazität von mehr als 4 Millifarad pro Quadratzentimeter und eine Leistungsdichte von 9 Milliwatt pro Quadratzentimetern. Damit bietet sich die flexible Folie aus Graphenschaum als Energispeicher für Wearable Electronics an.

Wie lange und langsam die Wege der Forschung sind, zeigt eine Pressemitteilung der UC San Diego von 2009. Schon damals wurde exakt von den selben positiven Auswirkungen des „löchrigen“ Graphens berichtet.

Graphen

Defekte in Kohlenstoff-Nanoröhren könnten zukünftig die Energiespeicherung verbessern. (Image UC San Diego).