Modern teknolojinin en büyük darboğazı işlemci hızı veya ekran çözünürlüğü değil, enerjidir. Lityum-iyon piller son 30 yılda harika işler çıkardı, ancak fiziksel sınırlarına ulaştılar: Yavaş şarj oluyorlar, ısınıyorlar ve zamanla ölüyorlar.
Bilim dünyası uzun zamandır iki uç arasında bir seçim yapmak zorundaydı: Ya çok enerji depolayan ama yavaş şarj olan Piller, ya da çok hızlı şarj olan ama az enerji depolayan Süperkapasitörler. Nanoteknolojinin mucize malzemesi Grafen, bu iki ucu birleştirerek "hem hızlı hem kapasiteli" rüyasını gerçeğe dönüştürüyor.
Piller, enerjiyi kimyasal reaksiyonlarla depolar. Bu yüzden şarj olurken iyonların bir sıvı içinde yüzüp karşı tarafa geçmesini beklersiniz; bu yavaş ve yıpratıcı bir süreçtir.
Süperkapasitörler ise enerjiyi elektrostatik olarak depolar. Tıpkı statik elektriğin bir yüzeye yapışması gibi, elektronlar yüzeye "tutunur". Kimyasal reaksiyon yoktur.
Pil: Musluktan damla damla dolan bir kova gibidir.
Süperkapasitör: Bir anda boşaltılan bir su tankı gibidir.
Ancak klasik süperkapasitörlerin sorunu, piller kadar çok enerji tutamamalarıydı. İşte Grafen burada devreye giriyor.
Bir süperkapasitörün ne kadar enerji depolayacağı, içindeki malzemenin yüzey alanına bağlıdır. Grafen, tek atom kalınlığında bir karbon tabakasıdır ve yüzey alanı inanılmazdır: Sadece 1 gram grafen, 2600 metrekarelik (yaklaşık yarım futbol sahası) bir yüzey alanına sahiptir.
Grafen tabanlı süperkapasitörlerde, elektronların tutunabileceği o kadar çok alan vardır ki, enerji yoğunluğu geleneksel pillerle yarışabilecek seviyeye gelirken, süperkapasitörlerin o efsanevi hızını korur.
Telefonunuzu %0'dan %100'e 5 dakikada, elektrikli aracınızı ise bir benzin deposunu doldurur gibi 10 dakikanın altında şarj ettiğinizi hayal edin. Grafenin yüksek elektriksel iletkenliği, elektronların sisteme ışık hızında girip çıkmasını sağlar. Isınma derdi yoktur.
Normal bir telefon pili 1000 şarjdan sonra (yaklaşık 2 yıl) ölmeye başlar. Çünkü kimyasal reaksiyonlar malzemeyi bozar. Grafen süperkapasitörlerde kimyasal bozulma olmadığı için, 1 milyon şarj döngüsüne kadar dayanabilirler. Bu, bir elektrikli aracın pilinin araçtan daha uzun ömürlü olması demektir.
Lityum piller delindiğinde veya aşırı ısındığında patlayabilir. Süperkapasitörler ise çok daha güvenlidir. Ayrıca -40 derecelik dondurucu soğukta veya +70 derecelik sıcakta performans kaybetmeden çalışabilirler.
Elektrikli otobüsler veya vinçler fren yaptığında muazzam bir enerji açığa çıkar. Piller bu ani enerjiyi ememez, ancak grafen süperkapasitörler bu enerjiyi anında yakalayıp depolayabilir.
Şu anki en gerçekçi senaryo, Lityum-Grafen Hibrit sistemlerdir. Bu sistemlerde, ani güç ve hızlı şarj için süperkapasitör, uzun menzil için lityum pil aynı pakette kullanılır. Örneğin, araba kalkış yaparken veya yokuş çıkarken süperkapasitör devreye girer, sabit hızda giderken pil devralır.
Grafen üretimi ucuzladıkça ve ölçeklenebilir hale geldikçe (örneğin Nanokar gibi firmaların çalışmalarıyla), süperkapasitörler niş bir ürün olmaktan çıkıp ceplerimize ve arabalarımıza girecek. Enerji depolamanın geleceği kimyasal değil, fiziksel; yavaş değil, anlık olacak.
