طور علماء جامعة موناش مادة قائمة على الكربون جديدة للمكثفات الفائقة (supercapacitors) تجمع بين طاقة على مستوى البطاريات وسرعة نقل الطاقة العالية، وهي مزيج نادر في الأجهزة التقليدية. ومن المتوقع أن تحدث هذه المادة ثورة في النقل الكهربائي والاستقرار في الشبكات الكهربائية والإلكترونيات الاستهلاكية.

أظهرت الدراسة أن المادة الجديدة تمكّن المكثفات الفائقة من تخزين طاقة تعادل بطاريات الرصاص الحمضية مع سرعة تفريغ تفوق التقنيات الحالية بكثير. تخزن المكثفات الفائقة الشحنة كهروستاتيكياً (وليس عن طريق تفاعلات كيميائية كما في البطاريات)، لكن نسبة صغيرة فقط من سطح المواد القائمة على الكربون السابقة كانت متاحة فعلياً، مما حد من كفاءتها وكثافة الطاقة.

قال البروفيسور Mainak Majumder، مدير مركز ARC للتصنيع المتقدم للمواد ثنائية الأبعاد (AM2D)، إن الفريق أظهر أنه بتغيير طريقة المعالجة الحرارية للمادة يمكن إطلاق مساحة سطحية أكبر بكثير. وهذا يتيح تصنيع مكثفات فائقة تشحن بسرعة كبيرة وتخزن طاقة كافية لتحل محل البطاريات في العديد من التطبيقات مع نقل الطاقة بشكل أسرع.

السر يكمن في مادة تُسمى متعددة المقاييس من أكسيد الغرافين المختزل (multiscale reduced graphene oxide - M-rGO) التي تُصنّع من الغرافيت الطبيعي الوفير في أستراليا. استخدم الباحثون تقنية التلدين الحراري السريع (rapid thermal annealing) لخلق هياكل غرافين عالية الانحناء توفر مسارات دقيقة وسريعة لتحرك الأيونات، مما يمنح المكثف الفائق كثافة طاقة عالية وكثافة قدرة عالية في جهاز واحد، وهو أمر نادر الحدوث. كما أكد الفريق أن المادة متوافقة مع تقنيات الإنتاج القابلة للتوسع.

قال الدكتور Petar Jovanović، الباحث في مركز ARC AM2D: إن كثافة الطاقة الحجمية لإلكتروليت السائل الأيوني تصل إلى 99.5 واط ساعة/لتر، وكثافة القدرة تصل إلى 69.2 كيلوواط/لتر، مع سرعة شحن عالية وثبات دوري ممتاز. تجعل هذه المادة الجديدة قدرة المكثفات الفائقة القائمة على الكربون، كما أن عمليتها قابلة للتوسع وتتوافق مع المواد الخام الأسترالية.