Grafen
Co to jest grafen?
Grafen to nic innego jak pojedyncza warstwa atomów węgla ułożonych w kształt przypominający plaster miodu. Od grafitu różni się tym, że składa się właśnie z tej jednej warstwy, dzięki czemu jest materiałem dwuwymiarowym. I to właśnie ta niepowtarzalna budowa grafenu i związane z nim właściwości czynią z niego tak niesamowity materiał!
Jakie właściwości ma grafen?
Grafen jest nie tylko jednym z najcieńszych materiałów na świecie, uznawany jest za najtwardszy dwuwymiarowy materiał – twardszy nawet od diamentu! Dodatkowo jest materiałem elastycznym, nieprzepuszczalnym dla gazów.
Jest on:
- niezwykle wytrzymały na rozciąganie (około 300 razy bardziej niż stal), przez co znajduje zastosowanie w materiałach kompozytowych (beton, asfalt, polimery)
- milion razy cieńszy od ludzkiego włosa
- bardzo dobrym przewodnikiem elektrycznym i cieplnym, a przy tym jest bardzo elastyczny, co czyni go kandydatem do produkcji szeroko pojętej elektroniki
- przezroczysty (blokuje jedynie 2,3% padającego światła) i dzięki temu może być wykorzystywany w ogniwach słonecznych lub w elastyczny ekranach
- antybakteryjny, dlatego też stanowi przedmiot wielu badań, które w przyszłości mogą wspomóc m.in. inżynierię tkankową
Różne rodzaje grafenu
Grafen jednowarstwowy lub grafen płatkowy – oba te pojęcia odnoszą się do grafenu jako materiału zbudowanego z atomów węgla, ale jako że istnieje wiele metod produkcji grafenu, to prowadzą one do powstania materiału w różnych formach i o różnych właściwościach.
Co to jest grafen płatkowy i jakie są jego właściwości
Grafen płatkowy zbudowany jest z pojedynczych warstw węgla o grubości mniejszej od średnicy łańcucha ludzkiego DNA.
Płatki grafenu mogą mieć różne kształty i rozmiary, przy tym są bardzo lekkie – dlatego mogą kojarzyć się z płatkami śniegu.
Pojedyncze płatki grafenu są przezroczyste, a ze względu na ich małe rozmiary (wielkość płatków grafenu jest mniejsza niż średnica ludzkiego włosa) nie można ich zaobserwować gołym okiem.
Grafen płatkowy może być również funkcjonalizowany różnymi grupami chemicznymi lub cząsteczkami. Taka funkcjonalizacja (przyłączanie innych materiałów do powierzchni grafenu) pozwala na projektowanie i wytwarzanie grafenu płatkowego o ściśle określonych i pożądanych właściwościach.
Z uwagi na swoje niewielkie rozmiary i unikalne właściwości grafen płatkowy może być łączony z różnymi materiałami, takimi jak metale, polimery, ceramika, tworząc nowoczesne funkcjonalne materiały kompozytowe.
Mnogość zastosowań grafenu płatkowego wynika z wysokiej klasy materiału o dużej czystości i jak najmniejszej ilości warstw.
Tlenek grafenu po wysuszeniu, już w formie proszku, ma kolor brunatny, natomiast jego zredukowany odpowiednik ma kolor czarny.
Co więcej, GO jest materiałem hydrofilowym i nie przewodzi elektryczności, natomiast RGO jest hydrofobowy i jest dobrym przewodnikiem ciepła i elektryczności.
Materiały te różnią się również, jeśli chodzi o zawartość grup tlenowych obecnych na powierzchni i krawędzi płatków. Jak wskazuje nazwa tych materiałów, tlenek grafenu zawiera dużo grup tlenowych, a RGO o wiele mniej – podczas redukcji grupy tlenowe są usuwane z powierzchni płatków tlenku grafenu.
Dobierając odpowiednio parametry procesu redukcji, można sterować liczbą grup tlenowych, a przez to składem chemicznym płatków grafenu i ich właściwościami. Znajduje to odzwierciedlenie w szerokim spektrum aplikacyjnym materiałów zawierających w swoim składzie grafen płatkowy.
Naszym celem jest zwiększenie dostępności grafenu na rynku lokalnym i światowym.
Do czego jest wykorzystywany grafen?
Zastosowania grafenu płatkowego dotyczą między innymi:
- baterii
- kompozytów o podwyższonych właściwościach mechanicznych
- rusztowań tkankowych w medycynie regeneracyjnej
- nośników leków do terapii antynowotworowych
- farb antykorozyjnych
Materiał w postaci zawiesiny lub proszku ma szerokie zastosowanie w inżynierii medycznej, magazynach energii elektrycznej lub jako dodatek do kompozytów.
Obecnie wiele firm zainteresowanych jest dodawaniem grafenu płatkowego do portfolio oferowanych przez siebie produktów i można znaleźć na rynku komercyjnie dostępne materiały z dodatkiem grafenu płatkowego.
Są to między innymi powerbanki, rakiety tenisowe, maseczki kosmetyczne, opony rowerowe, kaski, narty i inne wyposażenie sportowe. To tylko wybrane przykłady rozwiązań opartych o technologie grafenowe, których z roku na rok jest coraz więcej.
Jak wytwarza się grafen?
Najpopularniejsze i stosowane w naszym instytucie metody produkcji grafenu to metoda chemicznego osadzania z fazy gazowej (CVD) oraz metoda chemiczna.
W metodzie CVD powstaje grafen jednowarstwowy osadzony na konkretnym podłożu, na przykład na tlenku krzemu . Ma on właściwości najbardziej zbliżone do teoretycznego jednowarstwowego grafenu.
Metoda ta polega na osadzaniu z fazy gazowej pojedynczych atomów węgla na podłożu, które tworzą strukturę jednowarstwowego grafenu.
Tak wytworzony grafen znajduje zastosowanie głównie w elektronice.
W metodzie chemicznej powstaje grafen płatkowy, który ze względu na stopień utlenienia można podzielić na tlenek grafenu GO i zredukowany tlenek grafenu rGO. GO i rGO różnią się strukturą chemiczną, tj. materiały te nie są zbudowane wyłącznie z węgla i w ich składzie znajduje się również tlen oraz śladowe ilości innych pierwiastków.
Za sprawą takiej metody produkcji do struktury plastra miodu doczepiają się liczne tlenowe grupy funkcyjne. W wyniku działania wysokich temperatur bądź związków chemicznych nazywanych reduktorami z tlenku grafenu GO otrzymuje się zredukowany tlenek grafenu rGO, którego właściwości są zbliżone do teoretycznych właściwości grafenu opisanych w literaturze.
Metoda chemiczna polega na obróbce komercyjnie dostępnego grafitu w reaktorze przy pomocy odpowiednich odczynników chemicznych, tzw. utleniaczy, np. stężonego kwasu siarkowego, w wyniku czego powstaje tzw. tlenek grafitu.
Na drodze dalszych reakcji chemicznych zostają rozerwane wiązania pomiędzy warstwami grafitu i powstaje tlenek grafenu płatkowego GO, a po etapie redukcji – zredukowany tlenek grafenu płatkowego rGO.
Tak wytworzony materiał nie jest przytwierdzony do konkretnego materiału (w odróżnieniu od innych technik wytwarzania nie potrzebuje podłoża, z którym jest związany), a przybiera postać bardzo małych płatków grafenu, które mogą tworzyć zawiesinę w wodzie bądź innym rozpuszczalniku.
Dlaczego grafen nie jest używany na szeroką skalę? (Drogo)cenny materiał
Wydaje się, że tak fantastyczny materiał powinien opanować wiele dziedzin naszego codziennego życia, więc czemu tak się nie dzieje?
Jak zwykle, gdy nie wiadomo o co chodzi, to chodzi o pieniądze. A konkretniej o koszty produkcji grafenu wysokiej jakości. Niezależnie od metody – koszty wytwarzania są bardzo wysokie i wytwarzanie grafenu na dużą skalę jest ciągle pieśnią przyszłości. W Sieci Badawczej Łukasiewicz – Instytucie Mikroelektroniki i Fotoniki staramy się obniżyć koszty produkcji grafenu płatkowego, przy jednoczesnym zachowaniu wysokiej jakości materiału. Przy okazji ciągle badamy jego właściwości i zastosowania.
FAQ – najczęściej zadawane pytania
Obecnie prowadzimy prace laboratoryjne zmierzające do wybrania odpowiednich płatków grafenu do takich właśnie zastosowań. W tym aspekcie niezmiernie ważne są czynniki, takie jak wielkość płatków i stopień ich utlenienia.
Jednocześnie prowadzimy rozmowy z firmami, które mogłyby stać się potencjalnymi odbiorcami opracowywanej przez nas technologii. Mamy nadzieję, że w niedalekiej przyszłości uda się nam z powodzeniem wprowadzić taki produkt na rynek.
Grafen ma potencjał, by zmienić świat, ale aby to nastąpiło, należy rygorystycznie przestrzegać kilku zasad. Po pierwsze, proces produkcji grafenu płatkowego musi gwarantować powtarzalność jakości i właściwości finalnego materiału. Aby tego dokonać, w Łukasiewicz – IMiF wdrażamy protokół systemu kontroli jakości materiału na różnych etapach jego produkcji. Zapewnia nam to wgląd w kluczowe właściwości materiału i możliwość korekty parametrów procesu wytwarzania.
Dzięki temu możemy w kontrolowany sposób wytwarzać kolejne partie wysokiej jakości materiału – zarówno jeśli chodzi o czystość (niską zawartość wtrąceń innych pierwiastków w składzie chemicznym), jak i małą liczbę warstw płatków – co jest jednym z kluczowych parametrów determinujących finalne właściwości grafenu płatkowego.
Po drugie, należy dążyć do obniżenia kosztów produkcji wysokiej jakości grafenu płatkowego. Jest to jedno z zadań, nad którym również pracujemy w Instytucie.
Co więcej, jeśli grafen ma zmienić świat, powinien charakteryzować się unikalnymi właściwościami, łatwością przetwarzania różnymi technikami i łatwością łączenia z materiałami inżynierskimi, takimi jak stal, ceramika, tworzywa sztuczne.
I tak faktycznie jest – można dobrać grafen płatkowy o rozmiarze i właściwościach odpowiednich do konkretnych zastosowań. W Łukasiewicz – IMiF jednym z imperatywów naszej działalności jest dialog z przedstawicielami firm wykazujących zainteresowanie proponowanymi przez nas rozwiązaniami.
Już na obecnym etapie prac pokazaliśmy, że grafen wytwarzany w naszym Instytucie znajduje zastosowanie w wielu różnych branżach. Między innymi wykazaliśmy jego przydatność jako składnika rusztowań tkankowych do odbudowy tkanki kostnej. Dodatkowo udało nam się udowodnić, że grafen można również wykorzystać do terapii antynowotworowych, w szczególności w kontekście walki z glejakiem mózgu. Obecnie we współpracy z renomowanymi partnerami prowadzimy badania zmierzające do wykorzystania grafenu jako narzędzia do walki z innymi rodzajami nowotworów.
To nie wszystko! Wykazaliśmy również, że nasz grafen może być z powodzeniem stosowany do ochrony antykorozyjnej elementów wykonanych z metali. Innym ciekawym zastosowaniem grafenu, które znalazło uznanie naszych partnerów, jest możliwość zastosowania grafenu w smarach, ograniczając tym samym zużycie cierne elementów. Aplikujemy również grafen do kompozytowych laminatów, podnosząc tym samym ich wytrzymałość.
Wspieramy transfer naszych technologii i materiałów do przemysłu poprzez opiekę merytoryczną ze strony wykwalifikowanej kadry naukowców, którzy potrafią stworzyć i zaproponować grafen szyty na miarę – inny w zależności od aplikacji. W takim ujęciu grafen może zmienić i już zmienia świat.
Obecnie można już znaleźć dostępne komercyjnie produkty, do których wytworzenia został użyty grafen płatkowy. Jednym z takich zastosowań są powerbanki, w których grafen wykorzystuje się na dwa sposoby: jako element w masie (objętości) ogniwa (np. litowo-jonowego, jakie znamy z telefonów komórkowych) oraz jako pokrycie ogniwa (celem szybkiego i wydajnego odprowadzenia ciepła podczas pracy urządzenia). Takie powerbanki umożliwiają o wiele szybsze ładowanie urządzeń oraz dłuższą i bezpieczniejszą eksploatację w porównaniu do podobnych urządzeń niezawierających w składzie grafenu.
Kolejną rzeczą są kompozyty z tworzyw sztucznych z dodatkiem grafenu płatkowego przeznaczone do stworzenia przedmiotów używanych w różnego rodzaju sportach (zarówno na poziomie amatorskim, jak i profesjonalnym). Takie zastosowanie grafenu ma zapewnić większą trwałość elementów przy jednoczesnej redukcji ich wagi – co ma szczególnie istotne znaczenie dla profesjonalnych sportowców. W tym kontekście wspomnieć należy rakiety tenisowe, narty i kaski motocyklowe z dodatkiem grafenu.
Kolejną grupą produktów wykorzystującą grafen są opony samochodowe i rowerowe. Zastosowanie grafenu płatkowego w wytworzeniu takich produktów może skutkować wydłużeniem użytkowania opony (czyli jej mniejsze zużycie cierne). Dodatkowo istnieją doniesienia mówiące o lepszej przyczepności i większej odporności na uszkodzenia takie jak przebicie opon.
Ciekawym zastosowaniem grafenu płatkowego jest jego wykorzystanie w branży beauty, w maseczkach do twarzy. Producenci takich maseczek reklamuję je jako poprawiające krążenie krwi oraz przypisują im działanie antybakteryjne i antytrądzikowe.
Oczywiście są to tylko wybrane przykłady, wszak obecnie istniejących produktów i zastosowań grafenu jest znacznie więcej.
Wysokiej jakości grafen płatkowy w różnych postaciach będzie można wkrótce kupić na stronie internetowej Łukasiewicz – IMiF. Tymczasem zapraszamy do kontaktu z Działem Komercjalizacji i sprzedaży:
tel. 22 548 77 17, 548 77 75, komercjalizacja@imif.lukasiewicz.gov.pl
Aby poszerzyć kanały dystrybucji naszych produktów, prowadzimy również rozmowy z zewnętrznymi partnerami.
Opony
Opony z kompozytów zawierających grafen są już dostępne dla rowerów, a przeskok do zastosowania ich w różnego rodzaju pojazdach mechanicznych jest tylko kwestią czasu.
Dzięki zastosowaniu grafenu w materiale, z którego wykonane są opony, możemy się spodziewać, że będą mieć mniejszą masę, większą trwałość i mniejszy opór podczas jazdy. Stosując tego typu opony, można nie tylko poprawić efektywność jazdy, ale również dzięki dłuższej żywotności zmniejszyć ilość odpadów (zużyte opony). W końcu recykling opon jest bardzo kosztowny i szkodliwy dla środowiska.
Wygląd zewnętrzny pojazdu
Materiały kompozytowe zawierające grafen mogą z powodzeniem znaleźć zastosowanie w panelach nadwozia, gdzie wykorzystuje się je jako wytrzymałe i lekkie elementy. Podobnie jak w przypadku opon – grafen wprowadzony do elementów nadwozia może zapewnić dodatkowe funkcjonalności, takie jak elementy grzewcze do odladzania paneli i okien, a także wbudowane anteny do komunikacji między pojazdami – może być to szczególnie istotne w przypadku planowanego do wdrożenia w przyszłości systemu komunikacji autonomicznej, opartej o zdalnie sterowane pojazdy. Zastosowanie grafenu może dotyczyć nawet takich aspektów jak oświetlenie pojazdów – diody LED o zwiększonej wydajności mogą zostać wbudowane w reflektory lub światła do jazdy dziennej.
Pod maską samochodu
Kluczowymi elementami, w których grafen może znaleźć zastosowanie w pojazdach, są: magazyny energii oraz silniki dla pojazdów elektrycznych. Tego typu akumulatory mogą zapewnić szybsze ładowanie i większą pojemność. Jest to bardzo ważny czynnik, dzięki któremu samochody elektryczne staną się bardziej powszechne. Ciekawym zastosowaniem grafenu jest zastąpienie nim metalowych uzwojeń. Dzięki temu silnik stanie się lżejszy i bardziej wydajny.
Oprócz silników elektrycznych grafen może zostać użyty w silnikach spalinowych, np. jako czujnik gazu, wykorzystywany do monitorowania wlotu i wylotu powietrza w celu poprawy pracy silnika. Elementy zawierające grafen mogą być także zastosowane jako elementy termoelektryczne, które pozwolą odzyskiwać ciepło z silnika.
Wnętrze samochodu
Wraz z pojawieniem się wirusa COVID-19 zwrócono uwagę na ryzyko przenoszenia wirusów związane z ruchem powietrza w zamkniętych przestrzeniach. Ryzyko to można zniwelować poprzez filtrowanie powietrza w kabinach samolotów, autokarów i pojazdów komunikacji miejskiej. Już dziś pojawiają się pierwsze filtry powietrza na bazie grafenu, które mogą zwiększać bezpieczeństwo pasażerów w transporcie publicznym, gdzie ryzyko zakażenia jest największe.
W miarę rozpowszechniania się pojazdów elektrycznych pojawia się problem z ogrzewaniem wnętrza kabiny pojazdu. W przeciwieństwie do silnika spalinowego w samochodzie elektrycznym nie ma gotowego źródła ciepła, które można byłoby wykorzystać do ogrzania kabiny. Dlatego bardzo ważne jest efektywne ogrzanie kabiny, które nie spowoduje zbytniego poboru mocy, a co za tym idzie, nie zmniejszy nadmiernie zasięgu pojazdu. Opracowywane są już grzejniki grafenowe, które można zintegrować z materiałami pokrywającymi siedzenia oraz z panelami kabiny. Dzięki temu zapewnione zostanie równomierne ogrzanie pojazdu.
Dla miłośników nowoczesnego designu, grafen może znaleźć zastosowanie w wyświetlaczach samochodowych i panelach dotykowych, gdzie może pełnić funkcję przeźroczystej elektrody przewodzącej. Poprzez zmniejszenie masy wyświetlacza grafen może zostać wykorzystany jako wyświetlacz zakrzywiony bądź zwijany. Grafen może być także zintegrowany z głośnikami samochodowymi, gdzie wpłynie na poprawę jakości dźwięku przez zmniejszenie masy membran głośników bez utraty wytrzymałości. Grafen może być także zintegrowany z przewodami elektrycznym łączącymi różne elementy pojazdu, co przyczyni się do jego efektywniejszego działania.
Szyby samochodowe
Wszyscy z nas, którzy kierują samochodami, znają ryzyko pęknięcia szyby samochodowej lub odprysku. Nie ma wątpliwości, że dodanie grafenu do szkła poprawia jego wytrzymałość na rozciąganie i sprawia, że jest ono trwalsze.
Niewiele osób zdaje sobie sprawę, że szkło samochodowe może być podatne na korozję. Przez warunki atmosferyczne, wilgotność i pH, wiele rodzajów szkła może ulegać korozji. Skorodowane szkło traci swoją przejrzystość i wytrzymałość. W związku z tym została opracowana specjalna powłoka grafenowa, która chroni szkło przed korozją. Grafen ze względu na swoją obojętność chemiczną stanowi doskonałą barierę chemiczną, gdy jest stosowany jako materiał cienkowarstwowy. Te właściwości sprawiają, że grafen może być również stosowany do ochrony innych obszarów pojazdów, takich jak lakier, karoseria i listwy kół.
Wszystko zależy od aplikacji – do czego miałaby służyć taka powłoka i jakimi cechami miałaby się charakteryzować. Niezależnie od zastosowania, myśląc o wykorzystaniu grafenu i jego połączeniu z innymi (standardowymi) materiałami inżynierskimi, należy mieć na uwadze, że można to osiągnąć dzięki wykorzystaniu dwóch koncepcji technologicznych.
Jedną z nich jest implementacja płatków grafenu do objętości materiału – wówczas wytwarzamy materiał kompozytowy, w którym płatki grafenu są rozmieszczone w matrycy kompozytu i tworzą nanometryczną fazę mającą na celu poprawę właściwości mechanicznych kompozytu lub nadanie mu innych cech funkcjonalnych. Przykładowo można w tym kontekście rozważyć wytworzenie kompozytu o osnowie polimerowej z dodatkiem grafenu płatkowego i nadanie funkcjonalności w kierunku ograniczenia palności i zadymienia, co ma kolosalne znaczenie w przypadku nowoczesnego budownictwa.
Druga koncepcją technologiczną implementacji grafenu płatkowego jest jego wykorzystanie właśnie jako powłoki i umieszczenie jej na powierzchni innego materiału. Wówczas skupiamy się przede wszystkim na powierzchni takiego materiału i jego interakcji ze środowiskiem pracy. W tym kontekście można przytoczyć przykład wykorzystania grafenu płatkowego jako pokrycia trójwymiarowych rusztowań do zastosowań w medycynie regeneracyjnej.
Celem zastosowania takiej grafenowej powłoki jest stworzenie warunków sprzyjającym adhezji (przyczepianiu się) komórek, ich proliferacji (mnożeniu się) i regeneracji (odbudowie) uszkodzonej tkanki. Innym takim zastosowaniem mogą być antykorozyjne farby z dodatkiem grafenu. Po pokryciu taką farbą powierzchni elementu narażonego na oddziaływanie środowiska zewnętrznego możliwa jest ochrona przed jego degradacją i korozją.
Według skali twardości Mohsa diament jest najtwardszym minerałem na Ziemi. Jego powierzchnię można zarysować wyłącznie innym diamentem. Twardość diamentu wynika z niebywale uporządkowanej struktury krystalicznej. Wiązania między atomami węgla to bardzo silne wiązania kowalencyjne, co nadaje sztywność i twardość kryształowi diamentu. Dzięki swojej twardości diamenty są stosowane między innymi do cięcia, wiercenia i szlifowania. Są też oczywiście wykorzystywane w jubilerstwie.
Grafen natomiast jest wysoce wytrzymały – dwustukrotnie wytrzymalszy niż stal o tej samej grubości. W kontekście grafenu mówi się o wytrzymałości mechanicznej o wartości ok. 130 GPa oraz module Younga ok. 1 TPa. Podane wartości w dużej mierze zależą od sposobu wytwarzania i jakości grafenu – na ile jest zbliżona do idealnej struktury krystalicznej, pozbawionej defektów. Dla porównania: można znaleźć źródła podające wytrzymałość diamentu na poziomie ok. 60 GPa oraz wartość modułu Younga na poziomie 1,2 TPa.
Grafit to stalowoszara miękka, błyszcząca substancja, którą znamy z ołówków. Jest dobrym przewodnikiem ciepła i prądu elektrycznego. Struktura grafitu składa się z nałożonych na siebie warstw zbudowanych z połączonych ze sobą atomów węgla tworzących sześciokąty, przypominające plastry miodu.
Grafen natomiast jest płaskim, jednowarstwowym tworem, ma jednoatomową grubość, przez co nazywa się go strukturą dwuwymiarową. Najprostszą metodą na opisanie jego struktury jest przedstawienie jej jako pojedynczej warstwy grafitu, w której atomy węgla ułożone są w strukturę plastra miodu. W odróżnieniu od grafitu grafen jest bardzo wytrzymały.
Beton jest najpowszechniej stosowanym materiałem budowlanym, ze światową produkcją na poziomie 30 miliardów ton, a zapotrzebowanie na niego tylko rośnie. Produkcja cementu, materiału używanego przy wytwarzaniu betonu, odpowiada za około 8% światowych emisji gazów cieplarnianych.
Grafen, ze względu na swoje niezwykłe właściwości mechaniczne i dużą odporność chemiczną, znalazł zastosowanie jako dodatek do wielu materiałów, tworząc z nimi kompozyty. Jednym z takich materiałów może być właśnie beton. Z przeprowadzonych przez naukowców badań wynika, że dodatek grafenu na poziomie 0,03% polepsza właściwości wytrzymałościowe betonu o nawet kilkadziesiąt procent. Przy okazji zwiększa jego odporność chemiczną na agresywne chemikalia. Dzięki temu nie dość, że polepsza się bazowy materiał, to także rzadziej trzeba go zastępować, co skutkuje zmniejszoną produkcją.
„Grafenowy” beton już znajduje zastosowanie, ale przyszłość tego materiału wymaga dalszego rozwoju i badań, a przede wszystkim dużych ilości taniego i jakościowego grafenu.
Ogniwa litowo-jonowe powinny charakteryzować się wysoką pojemnością, która określa to, jak dużo energii można w nich zgromadzić. Istotna jest również żywotność, czyli liczba cykli ładowania i rozładowania do momentu spadku pojemności ogniwa poniżej przyjętej wartości.
Jednym z interesujących materiałów, który można zastosować w ogniwach elektrochemicznych, jest grafen płatkowy, a dokładniej jedna z jego odmian, czyli zredukowany tlenek grafenu.
Może być używany w materiałach elektrodowych, poprawiając ich wybrane parametry. Jego zastosowanie zwiększa przewodność materiałów, sprzyja wzrostowi pojemności i stabilizacji materiałów elektrodowych, co wpływa na poprawę żywotności i pojemności całego ogniwa. Dzieje się tak dlatego, że zredukowany tlenek grafenu posiada rozwiniętą powierzchnię właściwą – powierzchnia płatków w stosunku do ich masy jest bardzo duża. Dodatkowo obecność grup tlenowych korzystnie wpływa na reakcje zachodzące w ogniwie. W ten sposób otrzymujemy ogniwa o zwiększonej pojemności i poprawionej żywotności.
Krzemowe moduły fotowoltaiczne już wkrótce mogą odejść w niepamięć. Nieustannie trwają prace nad nową generacją modułów opartych na materiałach, dzięki którym zwiększona zostaje wydajność ogniw, a także ich odporność. Dużą nadzieję pod tym względem daje właśnie grafen.
Panele z grafenem charakteryzują się dobrą wydajnością, zwłaszcza w miejscach o wysokim stopniu nasłonecznienia, gdzie klasyczne moduły nie radzą sobie zbyt dobrze. Wysoka przewodność, mobilność nośników oraz duża powierzchnia właściwa – to tylko niektóre z właściwości, które sprawiają, że panele słoneczne na bazie grafenu maja przewagę nad fotowoltaiką pierwszej generacji.
Niezwykle istotna w kontekście technologii fotowoltaicznych jest również duża odporność grafenu na korozję. Potencjał tego materiału zdaje się zauważać coraz większa grupa producentów. W Polsce powstała już pierwsza w kraju elektrownia fotowoltaiczna złożona z modułów fotowoltaicznych z warstwą grafenową.
Przeczytaj o naszym grafenie:
Zainteresowany możliwościami, jakie daje grafen? Odezwij się do nas:
Dział Komercjalizacji i sprzedaży
tel. 22 548 77 17, 548 77 75
komercjalizacja@imif.lukasiewicz.gov.pl
