Onderzoekers hebben een nieuw koolstofnetwerk voorspeld, vergelijkbaar met grafeen, maar met een complexere microstructuur, dat kan leiden tot betere batterijen voor elektrische voertuigen. Grafeen is misschien wel de bekendste merkwaardige vorm van koolstof. Het is aangeboord als een potentiële nieuwe spelregel voor lithium-ionbatterijtechnologie, maar nieuwe productiemethoden kunnen uiteindelijk energie-intensievere batterijen produceren.
Grafeen kan worden gezien als een netwerk van koolstofatomen, waarbij elk koolstofatoom verbonden is met drie aangrenzende koolstofatomen om zo kleine zeshoeken te vormen. De onderzoekers vermoeden echter dat naast deze directe honingraatstructuur ook andere structuren kunnen worden gegenereerd.
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 geleid. Het zogenaamde bifenylnetwerk bestaat uit zeshoeken, vierkanten en achthoeken, een complexer rooster dan grafeen. De onderzoekers stellen dat het daarom aanzienlijk andere, en in sommige opzichten wenselijkere, elektronische eigenschappen heeft.
Hoewel grafeen bijvoorbeeld gewaardeerd wordt om zijn eigenschappen als halfgeleider, gedraagt het nieuwe koolstofnetwerk zich meer als een metaal. Sterker nog, wanneer het slechts 21 atomen breed is, kunnen de strepen van het bifenylnetwerk gebruikt worden als geleidende draden voor elektronische apparaten. Ze wezen erop dat grafeen zich op deze schaal nog steeds gedraagt als een halfgeleider.
De hoofdauteur zei: "Dit nieuwe type koolstofnetwerk kan ook worden gebruikt als een uitstekend anodemateriaal voor lithium-ionbatterijen. Vergeleken met huidige materialen op basis van grafeen heeft het een grotere lithiumopslagcapaciteit."
De anode van een lithium-ionbatterij bestaat meestal uit grafiet op koperfolie. Deze heeft een hoge elektrische geleidbaarheid, wat niet alleen essentieel is voor het reversibel plaatsen van lithiumionen tussen de lagen, maar ook omdat dit mogelijk duizenden cycli lang kan duren. Dit maakt het een zeer efficiënte batterij, maar ook een batterij die lang meegaat zonder degradatie.
Efficiëntere en kleinere alternatieven op basis van dit nieuwe koolstofnetwerk kunnen de opslag van batterij-energie echter intensiever maken. Dit kan elektrische voertuigen en andere apparaten die lithium-ionbatterijen gebruiken, kleiner en lichter maken.
Net als bij grafeen is het echter de volgende uitdaging om deze nieuwe versie op grote schaal te produceren. De huidige assemblagemethode is gebaseerd op een superglad goudoppervlak waarop koolstofhoudende moleculen aanvankelijk verbonden hexagonale ketens vormen. Vervolgens verbinden reacties 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."
Plaatsingstijd: 06-01-2022
