We weten dat grafeen een enkele atoom dikke laag koolstof is met unieke eigenschappen. Het heeft een monolaag hexagonale kristallijne structuur en is 200 keer sterker dan staal. Het is vijf keer lichter dan aluminium en heeft unieke elektrische of thermische eigenschappen. Sinds de ontdekking hebben we beloften gehoord over hoe het een revolutie teweeg zal brengen in veel technologieën, en in sommige gevallen ook. En hoeveel van die beloften moeten vandaag nog worden vervuld?
Nog steeds in afwachting ...
Grafeen is geweldig voor touchscreens , OLED's of LCD's, maar nog niemand heeft de stap gezet. Natuurlijk is iedereen duidelijk dat we in de toekomst elektronisch grafeenpapier zullen hebben. Ook ultralichte mobiele schermen met dit materiaal, maar ... nog niet.
Zijn merkwaardige doorlaatbaarheid voor water, maar ondoordringbaarheid voor de meeste andere vloeistoffen en gassen, maakt het ideaal voor het maken van filters. Al snel ontstonden er veel plannen om ontziltingsinstallaties met grafeen te bouwen. Het zal voor veel delen van de wereld erg belangrijk zijn om gemakkelijk aan zoet water te kunnen komen. Maar geen van die filters is nog uit een laboratorium gekomen .
Experimenteel flexibel OLED-scherm
We weten dat koolstofvezel veel wordt gebruikt voor de structuur van vliegtuigen, en de volgende stap is grafeen . Zeer resistent, de elektrische eigenschappen zullen de weerstand tegen bliksem verbeteren. En op zichzelf een sensor zijn voor de inspanningen, naast andere voordelen. Een vliegtuig heeft ongeveer 100 kilometer draad en het grafeen in de structuur kan het meeste redden. Maar ... nogmaals, het zit nog steeds in de pijplijn.
Een andere belofte van grafeen is de effectiviteit ervan voor fotovoltaïsche cellen. Bijna transparant, een goede geleider van warmte en elektriciteit, het gedrag bij dat gebruik is veelbelovend. Ze worden verwacht niet alleen goedkopere en efficiëntere zonneparken dan de huidige, maar ook minder vervuilend te produceren. In de toekomst zouden we zelfs kledingstukken kunnen dragen waarvan de buitenkant onze mobiel zal opladen dankzij grafeen. Maar, zoals de andere beloften, zal het in de min of meer verre toekomst zijn.
Resistent en geleidend
Enkele van de huidige en huidige toepassingen van grafeen zijn gerelateerd aan de mechanische sterkte. Voeg het gewoon toe aan andere materialen om de sterkte te vergroten . Metalen of kunststoffen profiteren ervan en deze verbindingen worden al gebruikt in lucht- en ruimtevaarttechnologie, bouw of mobiele apparaten. Er is al een eerste rubbersamenstelling voor banden die grafeen bevat. Perpetuus Carbon (VK) produceert grafeen en heeft een additief voor rubbersamenstelling ontwikkeld met het magische materiaal dat al wordt gebruikt in fietsbanden en auto's zal bereiken.
Fietsbanden met grafeen
Anderzijds is grafeen de beste warmtegeleider ter wereld. Omdat het ook sterk en licht van gewicht is, is het ideaal voor gebruik op onderdelen die warmte geleiden of afvoeren. Het is bekend dat ten minste één grote fabrikant van mobiele telefoons een grafeenvel gebruikt om de warmte van de chips naar warmere gebieden in de mobiel te transporteren.
Supercondensatoren
Een snel gezien gebruik van grafeen was om condensatoren te maken. Een condensator is een elektronische component die elektrische lading accumuleert. In tegenstelling tot een batterij heeft deze vrijwel geen verlies tussen opladen en ontladen. Bovendien kunnen die uploads en downloads erg snel zijn. Maar tot voor kort waren er geen enorme condensatoren: het zijn supercondensatoren.
Chinese tram verhuisde met grafeen-supercondensatoren
De grootste huidige toepassing is in elektrische voertuigen. Maar veel groter dan een auto of motor: bussen, trams of treinen. Wanneer een van deze elektrisch aangedreven voertuigen remt, genereren zijn motoren in zeer korte tijd een enorme hoeveelheid vermogen. Alleen een supercondensator kan deze energie opnemen en opslaan, aangezien batterijen meer tijd nodig hebben. En dan die energie teruggeven om op gang te komen. De Chinese fabrikant CRRC heeft al twee modellen met grafeen. Een voor bussen, die in slechts één minuut na het opladen tot 10 kilometer kan rijden. Een andere, voor trams, laadt in 30 seconden op en verplaatst de tram tot 6 kilometer . Bij de fabricage is het veel minder vervuild dan met traditionele materialen en er is geen explosiegevaar.
Voor auto's of scooters
Zap & Go is een Brits bedrijf dat ook supercondensatoren maakt met koolstof- en grafeenionen. Het doel is om veel huidige lithiumbatterijen te vervangen: in scooters, boormachines, stofzuigers ... of auto's. Begonnen als een parallel bedrijf aan de Universiteit van Oxford, bevinden ze zich heel dicht bij waar 40 jaar geleden de eerste lithiumbatterijen werden geboren. Nu komt de beurt aan deze nieuwe technologie, goedkoper om op grote schaal te produceren, groener en veiliger en duurzamer. Een grafeen "batterij" (supercondensator) kan bij normaal gebruik 20 tot 30 jaar meegaan.
Supercondensatoren met grafeen en koolstofnanobuisjes
Een andere prominente fabrikant is het Duitse Skeleton Technologies. Ze hebben een soort ultracapacitor gepatenteerd die gebruik maakt van een grafeen nanobuisjes structuur. Ze waren een van de eersten die in deze technologie stapten en ze spelen met een voordeel. Ze verkopen “batterijen” van verschillende afmetingen, en ze zijn gebruikt in wedstrijden (F1 KERS of World Endurance), in sommige auto's (start-stop-systeem bij verkeerslichten) of in de European Space Agency voor verschillende ruimtesystemen. Ze hebben zich ook gespecialiseerd in grote toepassingen, bijvoorbeeld om energie op te slaan in windenergie-installaties. Als het winderig is, wordt de overtollige energie behouden zodat deze in tijden van rust verder kan worden gestuurd.
Zoals we kunnen zien, komen beetje bij beetje toepassingen van het "magische" materiaal grafeen binnen, hoewel enkele van de meest verwachte zullen ons nog steeds laten wachten.