Графен для батарей, реакторов и космоса: российские физики изучают материал толщиной в атом

Новосибирские ученые исследуют графен — один из самых тонких и прочных материалов на Земле. Как сообщает онлайн-журнал об энергетике «Энергия+», уже сегодня его применяют в энергетике и электронике, а в перспективе рассматривают для космических проектов — от удержания атмосферы до создания лифта на орбиту.

Исследования графена ведутся в научном центре мирового уровня «Теплофизика и энергетика» на базе Института теплофизики СО РАН. Здесь ученые уже научились получать графеновые пленки площадью в несколько квадратных метров всего за один-два дня.

Полученные материалы используют, в частности, для создания электродов литийионных аккумуляторов. Благодаря структуре графена увеличивается площадь контакта с электролитом, что позволяет повысить емкость батарей и ускорить их зарядку.

«Мы также изучаем применение графена в системах охлаждения ядерных реакторов, создаем из графеновых пленок элементы для нагревателей и сверхчувствительных датчиков», — отметил заведующий лабораторией синтеза новых материалов ИТ СО РАН Дмитрий Смовж.

Сегодня применяются два основных типа графеновых материалов. Первый — это порошок, получаемый из расщепленного графита. Его добавляют в краски, покрытия и композиты, чтобы повысить их прочность, устойчивость к износу и способность проводить электричество.

Второй тип — графеновые пленки. Это ультратонкие слои углерода, которые обладают высокой проводимостью и практически не пропускают газы. Пока такие пленки в основном остаются лабораторной разработкой, но именно с ними связывают развитие гибкой электроники, сенсоров и аккумуляторов нового поколения.

В научном центре рассматривают и более футуристические сценарии. Например, обсуждается идея космического «одеяла», которым в теории можно окутать необитаемую планету. Благодаря почти полной непроницаемости графеновых структур даже для самых легких газов такая оболочка могла бы удерживать искусственную атмосферу. Похожие принципы уже применяются сегодня при создании барьерных слоев для защиты от утечек газа.

Еще одно направление — проекты космического лифта. Речь идет о системе с тросом длиной в десятки тысяч километров, по которому грузы могли бы подниматься на орбиту без использования ракет. В таких конструкциях планируется использовать углеродные нанотрубки — по сути, графеновые пленки, свернутые в цилиндры.

Таким образом, графен уже находит применение в прикладных задачах, а его потенциал выходит далеко за пределы земных технологий — вплоть до освоения космоса.