Grafenkomposit som elektrod i superkondensator

Syfte och mål

Grunden för projektet är en grafenkomposit som tillverkas från biomassa, med vilken Bright Day Graphene AB (tidigare Bright Day Prototypes AB) har som mål att utveckla en kommersiell superkondensatorelektrod.

Med hjälp av RISE Acreos tillgång till labb och testmöjligheter, samt deras erfarenheter av att ta fram testceller för superkondensatorer, kan materialets egenskaper och lämplighet för ändamålet undersökas.

Projektet innefattar elektrokemiska mätningar samt elektrodtrycktest. Bakgrunden till projektet är att en ny typ av teknik börjar bli mer synbar på marknaden för superkondensatorer. Med elektroder baserade på grafen utvecklas nya superkondensatorer med en energitäthet som närmar sig den för batterier.

Superkondensatorer har dessutom unika egenskaper jämfört med batterier, såsom cykelstabilitet på över 1 miljoner laddningscykler, 90 % energiverkningsgrad, tålighet för större temperatursvängningar, samt en hög in- och urladdningseffekt. Detta gör att grafeninnehållande superkondensatorer har en unik position i matrisen av elektrokemiska energilagringsteknologier, vars marknad kommer att växa i takt med att förnyelsebar energiproduktion byggs ut.

Resultat

Produktionskapaciteten av materialet ökades med en faktor 8 under projektets gång. Målet var att nå gramskala men på grund av storleken på vår tillgängliga labbutrustnings var detta inte möjligt. Som följd kom endast de elektrokemiska/statiska testen samt elektrodtryckning att prioriteras medan BET-mätning med krav på större provmängd inte blev gjord.

De tester som genomfördes visade att materialet har superkondensator egenskaper men inte når upp till den kapacitet vi önskar och att ytan inte är så porös som vi siktar på att den ska vara. I och med detta resultat så vet vi att vi måste addera ett steg i produktionen för att expandera den aktiva ytan hos materialet vilket är den faktor som mest indikerar en hög specifik kapacitans.

De trycktester som genomfördes med materialet gav ett mer positivt resultat så den uppmätta specifika kapaciteten för materialet kunde tiodubblas. Det visar även att materialet enkelt kan användas industriellt för produktion av superkondensatorer i stor skala.

En framtida studie som inte hamnade inom ramen för denna är att undersöka hur ligninkvaliteten påverkar de elektriskt ledande egenskaperna. I det här läget har superkondensatormätningarna varit ett utmärkt sätt att med små mängder material få feedback på de egenskaper som vi eftersträvar.