Этот новый наноматериал может быть использован для электрических компонентов, датчиков, батарей, композитов и ионообменных мембран. И это лишь несколько сфер его применения. Также графен помогает делать превосходные электроды для батареи благодаря своей большой площади поверхности, способной хранить ионы лития, в то время как полимерные матрицы, в которые добавляют частицы графена, образуют прочные, но работоспособные композиты.
В 2011 году инженеры Северо-Западного университета обнаружили, что графеновые аноды могут в 10 раз превышать мощность графитовых, заряжаться в 10 раз быстрее и работая дольше. Анод содержит листы графена, пронизанные миллионами отверстий диаметром 10-20 нм, которые позволяют ионам лития проходить через наноотверстия, а не по краю слоя графена.
Такие аккумуляторы могут потенциально использоваться в электромобилях: благодаря снижению веса батареи графен может использоваться для повышения эффективности транспортных средств, помогая увеличить пробег и преодолеть серьезную проблему, препятствующую их более широкому использованию.
Два года спустя, в 2013 году, исследователи из Университета Райса обнаружили, что графен с примесью бора можно использовать для изготовления ультратонкого гибкого анода для литий-ионных батарей. Бор — который заменяет четверть атомов углерода — помогает ионам лития прилипать к графену, что приводит к более быстрой зарядке. Та же команда обнаружила, что графен, смешанный с оксидом ванадия, может быть использован в высокоэффективных, экономичных катодах, которые могут быть перезаряжены за 20 секунд и сохраняют более 90% своей емкости после интенсивного использования.
Помимо использования в электромобилях, графен в аккумуляторах может также способствовать накоплению энергии. Манчестерский университет уже опробовал систему батарей и преобразователей в масштабе сети в университетском городке. Там хотят создать электрический накопитель большой емкости. Система используется для изучения методов управления потоком электроэнергии и урегулирования различий между выработкой электроэнергии и местным спросом.
Также исследователи из Университета Манчестера недавно обнаружили, что графеновые мембраны под действием солнечного света могут проводить протоны с большей скоростью. Этот фотопротонный эффект может быть использован для искусственной имитации фотосинтеза и непосредственного сбора солнечной энергии для производства газообразного водорода. Этот газ может быть использован в топливных элементах электромобилей. Такой шаг поможет снизить стоимость возобновляемого водородного топлива и сделать станции заправки водородом более распространенным явлением на дорогах, так как их стоимость упадет.
Доступные фотоэлектрические элементы на основе кремния все еще являются дорогостоящими в производстве и установке.
Графен также может сыграть здесь важную роль и помочь в создании антибликовых покрытий для солнечных элементов. Исследователи из Индии обнаружили, что такие клетки снижают коэффициент отражения вблизи ультрафиолетовой части спектра с 35% до 15%.
Графен, встроенный в фотоэлементы, может, по словам команды из MIT, обеспечить более высокую эффективность преобразования энергии. Гибридные элементы на основе графена менее дороги и более эффективны в качестве проводящего электрода, чем традиционно используемый оксид индия-олова. Они также обеспечивают гибкость, имеют более легкий вес и приют ячейке механическую прочность и химическую стойкость.