Onderzoekers hebben een nieuw koolstofnetwerk voorspeld, vergelijkbaar met grafeen, maar met een complexere microstructuur, wat kan leiden tot betere batterijen voor elektrische voertuigen. Grafeen is misschien wel de beroemdste bijzondere vorm van koolstof. Het is afgetapt als een potentiële nieuwe spelregel voor lithium-ionbatterijtechnologie, maar nieuwe productiemethoden kunnen uiteindelijk meer stroomintensieve batterijen produceren.
Grafeen kan worden gezien als een netwerk van koolstofatomen, waarbij elk koolstofatoom is verbonden met drie aangrenzende koolstofatomen om kleine zeshoeken te produceren. De onderzoekers speculeren echter dat naast deze directe honingraatstructuur andere structuren ook kunnen worden gegenereerd.
Dit is het nieuwe materiaal ontwikkeld door een team van de Universiteit van Marburg in Duitsland en Aalto University in Finland. Ze bracht koolstofatomen over in nieuwe richtingen. Het zogenaamde bifenylnetwerk bestaat uit zeshoeken, vierkanten en octagons, wat een complexer rooster is dan grafeen. De onderzoekers zeggen dat het daarom aanzienlijk anders is en in sommige opzichten meer gewenste elektronische eigenschappen.
Hoewel grafeen bijvoorbeeld wordt gewaardeerd voor zijn vermogen als halfgeleider, gedraagt het nieuwe koolstofnetwerk zich meer als een metaal. In feite, wanneer slechts 21 atomen breed, kunnen de strepen van het bifenylnetwerk worden gebruikt als geleidende draden voor elektronische apparaten. Ze wezen erop dat grafeen op deze schaal zich nog steeds gedraagt als een halfgeleider.
De hoofdauteur zei: "Dit nieuwe type koolstofnetwerk kan ook worden gebruikt als een uitstekend anodemateriaal voor lithium-ionbatterijen. In vergelijking met huidige op grafeen gebaseerde materialen heeft het een grotere lithiumopslagcapaciteit."
De anode van een lithium-ionbatterij is meestal samengesteld uit grafietverspreiding op koperen folie. Het heeft een hoge elektrische geleidbaarheid, wat niet alleen essentieel is voor het omkeren van lithiumionen tussen zijn lagen, maar ook omdat het dit kan blijven doen voor mogelijk duizenden cycli. Dit maakt het een zeer efficiënte batterij, maar ook een batterij die lang kan duren zonder afbraak.
Efficiëntere en kleinere alternatieven op basis van dit nieuwe koolstofnetwerk kunnen echter batterij -energieopslag intensiever maken. Dit kan elektrische voertuigen en andere apparaten maken die lithium-ionbatterijen kleiner en lichter gebruiken.
Net als grafeen is het uitzoeken hoe deze nieuwe versie op grote schaal te produceren de volgende uitdaging. De huidige assemblagemethode is gebaseerd op een super glad goudoppervlak waarop koolstofhoudende moleculen aanvankelijk verbonden zeshoekige ketens vormen. Latere reacties verbinden deze ketens om vierkante en achthoekige vormen te vormen, waardoor het eindresultaat anders is dan grafeen.
De onderzoekers legden uit: "Het nieuwe idee is om aangepaste moleculaire voorlopers te gebruiken om bifenyl te produceren in plaats van grafeen. Het doel is nu om grotere vellen materiaal te produceren, zodat de eigenschappen beter kunnen worden begrepen."
Posttijd: Jan-06-2022
