Изследователите прогнозират нова въглеродна мрежа, подобна на графена, но с по-сложна микроструктура, която може да доведе до по-добри батерии за електрически превозни средства. Графенът е може би най-известната специфична форма на въглерод. Той е използван като потенциално ново правило на играта за технологията на литиево-йонните батерии, но новите производствени методи могат евентуално да доведат до по-енергоемки батерии.
Графенът може да се разглежда като мрежа от въглеродни атоми, където всеки въглероден атом е свързан с три съседни въглеродни атома, за да се получат малки шестоъгълници. Изследователите обаче предполагат, че освен тази директна структура тип „пчелна пита“, могат да се генерират и други структури.
Това е новият материал, разработен от екип от Университета в Марбург, Германия, и Университета Аалто, Финландия. Те са насочили въглеродните атоми в нови посоки. Така наречената бифенилова мрежа е съставена от шестоъгълници, квадрати и осмоъгълници, което е по-сложна мрежа от графена. Изследователите казват, че следователно тя има значително различни и в някои отношения по-желани електронни свойства.
Например, въпреки че графенът е ценен заради способността си да бъде полупроводник, новата въглеродна мрежа се държи по-скоро като метал. Всъщност, когато са широки само 21 атома, ивиците на бифенилната мрежа могат да се използват като проводими нишки за електронни устройства. Те посочиха, че в този мащаб графенът все още се държи като полупроводник.
Главният автор каза: „Този нов тип въглеродна мрежа може да се използва и като отличен аноден материал за литиево-йонни батерии. В сравнение със сегашните материали на базата на графен, той има по-голям капацитет за съхранение на литий.“
Анодът на литиево-йонната батерия обикновено е съставен от графит, нанесен върху медно фолио. Той има висока електрическа проводимост, което е от съществено значение не само за обратимото поставяне на литиеви йони между слоевете му, но и защото може да продължи да прави това в продължение на хиляди цикли. Това го прави високоефективна батерия, но също така и батерия, която може да издържи дълго време без деградация.
По-ефективните и по-малки алтернативи, базирани на тази нова въглеродна мрежа, обаче могат да направят съхранението на енергия в батериите по-интензивно. Това може да направи електрическите превозни средства и други устройства, които използват литиево-йонни батерии, по-малки и по-леки.
Въпреки това, подобно на графена, следващото предизвикателство е как да се произведе тази нова версия в голям мащаб. Настоящият метод на сглобяване разчита на супер гладка златна повърхност, върху която съдържащите въглерод молекули първоначално образуват свързани шестоъгълни вериги. Последващите реакции свързват тези вериги, за да образуват квадратни и осмоъгълни форми, което прави крайния резултат различен от графена.
Изследователите обясниха: „Новата идея е да се използват коригирани молекулярни прекурсори за производство на бифенил вместо графен. Целта сега е да се произведат по-големи листове материал, така че свойствата му да могат да бъдат по-добре разбрани.“
Време на публикуване: 06 януари 2022 г.
