Az elektronikus újdonságok tervezésénél mindig nagy kihívást jelent az energia megbízható tárolásának megoldása. Mind a rövid-, mind a hosszútávú energiaraktározás olcsó és hatékony megvalósítására egyre nagyobb igény mutatkozik az elektromos autóktól kezdve a különböző megújuló energiaforrásokig mindenféle területen. A megoldás egyik útját a kémiai akkumulátorok jelentik, de széles körben elterjedtek a kondenzátorok is, bár a jelenleg használatos modellek nagy hátránya, hogy csak akkor képesek jelentős energiát tárolni, ha maguk is nagy méretűek.

A Science című folyóiratban egy most megjelent tanulmány újfajta, grafénalapú elektrokémiai kondenzátort mutat be, amely a kutatók ígérete szerint leküzdi a korábbi korlátokat, vagyis viszonylag kis méreteivel is képes nagy mennyiségű töltést tárolni, ezen kívül megbízhatóbb is elődeinél. Ami még érdekesebbé teszi a dolgot, az a szuperkondenzátor előállításának módja: a kutatók egy mezei DVD-író segítségével redukálták a grafit-oxid filmréteget grafénné, ezzel demonstrálva a gyártás egyszerűségét. Az elektrokémiai grafénkondenzátor ezen prototípusa nagy előrelépést jelenthet az átlátszó és flexibilis elektronikai újdonságok felé.

A kondenzátorok két párhuzamosan elhelyezett vezető anyagból állnak (kisebb méretek esetén inkább fémfóliákról beszélhetünk), és ezek között valamiféle szigetelő helyezkedik el, illetve elektrokémiai rendszer esetében elektrolit. Kapacitáson a kondenzátor fegyverzetein lévő töltésmennyiség és a fegyverzetek közötti feszültség hányadosát értjük, ami kondenzátor töltéstároló képességének jellemző mérőszáma. A kondenzátor fegyverzetei között homogén elektrosztatikus mező van, ha ebbe szigetelőt helyezünk, akkor a mező polarizálja a szigetelőben lévő molekulákat, és növeli a kapacitást.

A kondenzátorok egyik előnye az akkumulátorokkal szemben, hogy funkcióromlás nélkül sokszor és gyorsan képesek feltöltődni és leadni a tárolt energiát. Hátrányuk a már említett méretbeli probléma: az akkumulátorok sokkal több energiát képesek jóval kisebb méretekben tárolni. Ennek a hátránynak a mérséklésére az egyik megoldás a fegyverzet töltéstároló felületének növelése lehet. A grafén nagyon jó jelölt erre a célra, mivel szerkezete miatt nagyon nagy hasznos felülettel rendelkezik, ezen kívül kiváló vezető és nagyon flexibilis.

A grafénkondenzátor elkészítéséhez a kutatók egy hagyományos DVD-lemezt grafit-oxid filmmel vontak be. A grafit-oxid olcsó, nagy mennyiségben könnyedén előállítható, így ideális alapanyag a célra. Ezt követően egy DVD-író 780 nanométeres infravörös lézerével besugározták a filmréteget, ami néhány réteg vastagságú grafénné redukálódott (a továbbiakban LSG, laser-scribed graphene, lézerrel írt grafén). A rétegeket lefejtették és egy hajlékony felületre vitték fel. (A kutatók elgondolása szerint a grafénréteg önmagában is megállja a helyét a jövőben, mint vezetőlemez.) Végül egy hasonlóan alakítható elektrolitréteget helyeztek a két fegyverzet közé.

A végeredményül kapott kondenzátor vastagsága nem éri el a 100 mikrométert, és működésében nem figyelhető meg romlás, akárhogy csűrik-csavarják hajlékony anyagát. Az LSG szuperkondenzátor teljesítménysűrűsége 20 watt/cm3, ami húszszorosa az aktívszén-kondenzátorokénak és három nagyságrenddel haladja meg a lítiumion-akkumulátorok által leadott teljesítményt. Ehhez 1,36 milliwattóra fajlagos energiatárolás társul köbcentiméterenként, ami kétszer annyi, mint amire az aktívszén-kondenzátorok képesek, és körülbelül megegyezik a lítiumion-akkuk által tárolt energiamennyiséggel. Mindez pedig elsődlegesen a grafénból készült fegyverzet óriási felületének köszönhető: egyetlen gramm LSG felülete eléri az 1520 négyzetmétert.

A kutatók szerint grafénkondenzátorok kombinációival rövidesen helyettesíteni lehetne a kisebb készülékek (laptopok, mobiltelefonok, zenelejátszók) akkumulátorait. Ha valóban alkalmazhatóak lesznek a mindennapi életben is, akkor hajlíthatóságuknak és vékonyságuknak köszönhetően a szuperkondenzátorok teljesen megváltoztathatják elektronikus készülékeink kinézetét, mivel ezekben a továbbiakban nem kellene a nagy és nehéz akkumulátorok tárolását megoldani.