Onderzoekers hebben een nieuw koolstofnetwerk voorspeld, vergelijkbaar met grafeen, maar met een complexere microstructuur, wat zou kunnen leiden tot betere accu's voor elektrische voertuigen. Grafeen is wellicht de bekendste bijzondere vorm van koolstof. Het wordt gezien als een potentiële nieuwe standaard voor lithium-ion-accutechnologie, maar nieuwe productiemethoden kunnen uiteindelijk leiden tot accu's met een hoger energieverbruik.
Grafeen kan worden gezien als een netwerk van koolstofatomen, waarbij elk koolstofatoom verbonden is met drie aangrenzende koolstofatomen om kleine zeshoeken te vormen. De onderzoekers vermoeden echter dat er naast deze directe honingraatstructuur ook andere structuren kunnen ontstaan.
Dit is het nieuwe materiaal dat is ontwikkeld door een team van de Universiteit van Marburg in Duitsland en de Aalto Universiteit in Finland. Ze hebben koolstofatomen in nieuwe richtingen gestuurd. Het zogenaamde bifenylnetwerk is opgebouwd uit zeshoeken, vierkanten en achthoeken, een complexer rooster dan grafeen. De onderzoekers stellen dat het daardoor significant andere en in sommige opzichten gunstigere elektronische eigenschappen heeft.
Hoewel grafeen bijvoorbeeld gewaardeerd wordt om zijn halfgeleidereigenschappen, gedraagt het nieuwe koolstofnetwerk zich meer als een metaal. Sterker nog, de strepen van het bifenylnetwerk, die slechts 21 atomen breed zijn, kunnen gebruikt worden als geleidende draden voor elektronische apparaten. Ze benadrukten dat grafeen op deze schaal nog steeds als een halfgeleider functioneert.
De hoofdauteur zei: "Dit nieuwe type koolstofnetwerk kan ook gebruikt worden als een uitstekend anodemateriaal voor lithium-ionbatterijen. Vergeleken met de huidige grafeenmaterialen heeft het een grotere lithiumopslagcapaciteit."
De anode van een lithium-ionbatterij bestaat meestal uit grafiet dat op koperfolie is aangebracht. Deze heeft een hoge elektrische geleidbaarheid, wat niet alleen essentieel is voor het omkeerbaar plaatsen van lithiumionen tussen de lagen, maar ook omdat dit proces potentieel duizenden laad- en ontlaadcycli kan duren. Dit maakt het een zeer efficiënte batterij die bovendien lang meegaat zonder kwaliteitsverlies.
Echter, efficiëntere en kleinere alternatieven gebaseerd op dit nieuwe koolstofnetwerk kunnen de energieopslag in batterijen intensiever maken. Dit kan ertoe leiden dat elektrische voertuigen en andere apparaten die lithium-ionbatterijen gebruiken, kleiner en lichter worden.
Net als bij grafeen is de volgende uitdaging echter om te ontdekken hoe deze nieuwe versie op grote schaal geproduceerd kan worden. De huidige assemblagemethode is gebaseerd op een superglad gouden oppervlak waarop koolstofhoudende moleculen aanvankelijk verbonden hexagonale ketens vormen. Daaropvolgende reacties verbinden deze ketens tot vierkante en achthoekige vormen, waardoor het eindresultaat verschilt van 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 ervan beter begrepen kunnen worden."
Geplaatst op: 06-01-2022
