Grafeen heeft veel potentiële toepassingen, waaronder energieopwekking, conversie en opslag. Grafeen - een enkele laag koolstofatomen - en verwante tweedimensionale kristallen combineren een hoge elektrische geleidbaarheid met fysieke flexibiliteit en een enorme oppervlakte-gewichtsverhouding. Dergelijke eigenschappen maken ze geschikt voor het opslaan van elektrische lading in batterijen en supercondensatoren, en als katalysatoren in zonne- en brandstofcelelektroden.

Wereldwijd zijn een aantal energietoepassingen voor 2D-kristallen in ontwikkeling, en Europa's vlaggenschip grafeen heeft aanzienlijke middelen op dit gebied geïnvesteerd. Nutsvoorzieningen, in een artikel voor het tijdschrift Wetenschap , vlaggenschipwetenschappers - samen met collega's in de VS en Korea - geven een breed overzicht van het potentieel voor grafeen en aanverwante materialen in de energiesector. De auteurs hopen dat hun recensie onderzoekers in de industrie en de academische wereld zal helpen bij het identificeren van de beste routes naar succesvolle toepassingen die de samenleving als geheel ten goede komen.

De onderzoekers – onder leiding van natuurkundige Francesco Bonaccorso, die is gevestigd in de Graphene Labs van het Italian Institute of Technology in Genua, en is een Royal Society Newton Fellow aan het Cambridge Graphene Center - let op de aanzienlijke vooruitgang die is geboekt bij de materiaalvoorbereiding op laboratoriumniveau. Ze benadrukken ook de uitdaging om de materialen op industriële schaal op een kosteneffectieve manier te produceren.

grafeen, de bekendste van de honderden tweedimensionale kristallen die tot nu toe zijn onderzocht, heeft een zeer hoge oppervlakte-massaverhouding. Met ongeveer 2, 600 vierkante meter voor elke gram, grafeen is volledig oppervlak en geen bulk, en het is deze 2D-aard die grafeen zijn unieke elektrische, thermische en mechanische eigenschappen.

In het overzichtsartikel de onderzoekers bekijken de vooruitgang die tot nu toe is geboekt - en kijken vooruit naar het toekomstige potentieel van 2D-kristallen in:

• Zonnepanelen
• Thermo-elektrische apparaten
• Brandstofcellen
• Batterijen
• Supercondensatoren
• Waterstofproductie en -opslag

De onderzoekers concluderen dat grafeen en verwante tweedimensionale kristallen een belangrijke rol kunnen spelen in toekomstige energieconversie- en opslagtechnologieën. Dit is een actief onderzoeks- en ontwikkelingsgebied voor Graphene Flagship-partners, zowel academisch als industrieel.

"De enorme interesse in tweedimensionale kristallen voor energietoepassingen komt zowel door hun fysisch-chemische eigenschappen, en de mogelijkheid om ze in grote hoeveelheden te produceren en te verwerken, op een kosteneffectieve manier, ', zegt Bonaccorso.

"In deze context, de ontwikkeling van functionele inkten op basis van tweedimensionale kristallen is de toegangspoort tot de realisatie van nieuwe generatie elektroden in energieopslag- en conversieapparaten." Bonaccorso voegt eraan toe dat de uitdaging voor de toekomst is om een ​​disruptieve technologie te demonstreren waarin tweedimensionale materialen niet alleen vervangen traditionele elektroden, maar wat nog belangrijker is, het ontwerp van geheel nieuwe apparaatconcepten mogelijk maakt.

Review co-auteur Andrea Ferrari, die de Raad van Bestuur van het Graphene Flagship voorzit, en is directeur van het Cambridge Graphene Centre, biedt een sober optimistisch beeld van het potentieel voor grafeen in dit gebied:"Grafeen en gerelateerde materialen zijn veelbelovend in deze gebieden, en het Graphene Flagship heeft energietoepassingen geïdentificeerd als een belangrijk investeringsgebied.

"We hopen dat ons kritische overzicht onderzoekers in de academische wereld en de industrie zal begeleiden bij het identificeren van optimale wegen naar toepassingen en implementatie, met een uiteindelijk voordeel voor de samenleving als geheel."