Czy możesz sobie wyobrazić sytuację, w której ładowanie auta elektrycznego zajmuje tyle samo czasu co zatankowanie tradycyjnego paliwa? Albo telefona, którego bateria wytrzymuje cały tydzień intensywnego użytkowania i ładuje się w kilka minut? Polscy naukowcy pracują nad technologią, która może sprawić, iż każdy z tych scenariuszy stanie się realny. Na Politechnice Gdańskiej realizowane są bowiem badania nad nowym materiałem znanym jako Diafit, który stanowi połączenie dwóch odmian węgla – grafenu i diamentu. Prace prowadzone przez zespół pod kierunkiem prof. Roberta Bogdanowicza realizowane są we współpracy z belgijskim Uniwersytetem Hasselt oraz California Institute of Technology. Sukces tego przedsięwzięcia mógłby przynieść znaczące zmiany w sposobie gromadzenia energii.
Grafen spotyka diament. Nowy materiał z Gdańska
Diafit wyróżnia się nietypową kombinacją adekwatności. Łączy przewodnictwo elektryczne charakterystyczne dla grafenu z niezwykłą trwałością i stabilnością chemiczną diamentu. To połączenie może okazać się lepsze od konwencjonalnych baterii i superkondensatorów. Podczas gdy tradycyjne akumulatory oferują dużą pojemność przy wolniejszym ładowaniu, a superkondensatory ładują się szybko, ale magazynują mniej energii, Diafit ma potencjał, by połączyć obie te cechy.
Struktury diafitowe mają wyższe przewodności niż struktury grafenowe, co potencjalnie pozwala na to, by materiał ten ładować szybciej. Co więcej, jest on bardziej stabilny i nie degraduje tak, jak inne struktury – tłumaczy BogdanowiczKluczową kwestią pozostaje stabilność materiału. W przypadku standardowych rozwiązań do magazynowania energii obserwujemy stopniową utratę adekwatności po wielokrotnym ładowaniu. Diafit ma wytrzymywać tysiące cykli bez znaczącego pogorszenia parametrów, co mogłoby oznaczać dłuższą żywotność urządzeń i mniejszą ilość elektroodpadów.
Międzynarodowy zespół i zaawansowane technologie
Projekt ma charakter międzynarodowy, gdzie każda z zaangażowanych instytucji wnosi specyficzne kompetencje. Polscy badacze koncentrują się na syntezie materiału oraz analizach strukturalnych, elektrochemicznych i elektronicznych. Partnerzy z Belgii przeprowadzają zaawansowane badania obrazowe oraz analizy kinetyczne procesów magazynowania ładunku. Z kolei naukowcy z Caltech opracowują modele symulacyjne wykorzystujące uczenie maszynowe. Prace prowadzone są w skali nanometrycznej, dotyczą struktur znacznie mniejszych od ludzkiego włosa. Zespół stosuje zaawansowane techniki plazmowe i laserowe do precyzyjnego kształtowania materiału, a algorytmy sztucznej inteligencji pomagają w optymalizacji parametrów syntezy i przewidywaniu zachowania diafitu w różnych warunkach.
Poprzez precyzyjną inżynierię tego materiału w nanoskali chcemy przebadać struktury diafitowe i na tej bazie diagnostycznej zbudować model tego materiału. Proces syntezy będziemy częściowo wspierać narzędziami sztucznej inteligencji – dodaje główny autor badańBadacze sprawdzają również, czy wprowadzenie domieszek boru lub azotu może poprawić wydajność materiału. Projekt otrzymał finansowanie w wysokości prawie 1,5 miliona złotych z Narodowego Centrum Nauki w ramach konkursu OPUS 28+LAP/Weave. Warto odnotować, iż zespół prof. Bogdanowicza jest jedyną grupą w Polsce specjalizującą się w półprzewodnikowych diamentach i ich zastosowaniach, które obejmują nie tylko energetykę, ale także diagnostykę medyczną i środowiskową.
Szanse i wyzwania
Gdyby Diafit spełnił pokładane w nim nadzieje, skutki mogłyby objąć wiele obszarów naszego życia. W transporcie elektrycznym mogłoby to oznaczać koniec długiego oczekiwania na naładowanie baterii, ponieważ samochód elektryczny ładowałby się w czasie porównywalnym z tankowaniem konwencjonalnego paliwa. Dla energetyki odnawialnej nowy materiał mógłby stanowić rozwiązanie problemu sezonowości źródeł. Energia pozyskiwana ze słońca i wiatru byłaby efektywniej magazynowana, redukując zależność od paliw kopalnych. W elektronice użytkowej moglibyśmy obserwować trend w kierunku mniejszych i lżejszych urządzeń o wydłużonym czasie pracy.
Czytaj też: Odkryto materiał łamiący prawa fizyki. Izolator przewodzi prąd wbrew wszystkim teoriom
Liczymy na to, iż nasze badania przyniosą przełom w zrozumieniu działania hybrydowych materiałów łączących diament z grafenem i sposobu ich efektywnej produkcji. Ta wiedza będzie kluczowa dla rozwoju urządzeń magazynujących energię nowej generacji, które mogą zmienić sposób, w jaki wykorzystujemy energię w życiu codziennym – podsumowuje polski naukowiecW pierwszej kolejności naukowcy muszą jednak dokładnie poznać adekwatności diafitu i opracować metody jego wytwarzania na większą skalę. Fakt, iż tak zaawansowane badania prowadzone są w Polsce we współpracy z wiodącymi ośrodkami naukowymi na świecie, daje spore powody do euforii Być może za kilka lat nowa era w magazynowaniu energii rzeczywiście rozpocznie się w Gdańsku.
