Forskere har forudsagt et nyt kulstofnetværk, der ligner grafen, men med en mere kompleks mikrostruktur, som kan føre til bedre batterier til elbiler. Grafen er uden tvivl den mest berømte, særlige form for kulstof. Det er blevet udpeget som en potentiel ny spilleregel for lithium-ion-batteriteknologi, men nye fremstillingsmetoder kan i sidste ende producere mere energikrævende batterier.
Grafen kan ses som et netværk af kulstofatomer, hvor hvert kulstofatom er forbundet med tre tilstødende kulstofatomer for at producere små sekskanter. Forskerne spekulerer dog i, at der udover denne direkte bikagestruktur også kan genereres andre strukturer.
Dette er det nye materiale, der er udviklet af et team fra Marburg Universitet i Tyskland og Aalto Universitet i Finland. De lokkede kulstofatomer i nye retninger. Det såkaldte biphenylnetværk er sammensat af sekskanter, firkanter og ottekanter, hvilket er et mere komplekst gitter end grafen. Forskerne siger, at det derfor har markant anderledes og i nogle henseender mere ønskelige elektroniske egenskaber.
For eksempel, selvom grafen er værdsat for sin evne som halvleder, opfører det nye kulstofnetværk sig mere som et metal. Faktisk, når det kun er 21 atomer bredt, kan striberne i biphenylnetværket bruges som ledende tråde til elektroniske enheder. De påpegede, at grafen i denne skala stadig opfører sig som en halvleder.
Hovedforfatteren sagde: "Denne nye type kulstofnetværk kan også bruges som et fremragende anodemateriale til lithium-ion-batterier. Sammenlignet med nuværende grafenbaserede materialer har det en større lithiumlagringskapacitet."
Anoden på et lithium-ion-batteri består normalt af grafit spredt ud over kobberfolie. Den har høj elektrisk ledningsevne, hvilket ikke kun er afgørende for reversibel placering af lithiumioner mellem lagene, men også fordi den kan fortsætte med at gøre det i potentielt tusindvis af cyklusser. Dette gør det til et yderst effektivt batteri, men også et batteri, der kan holde i lang tid uden at blive forringet.
Mere effektive og mindre alternativer baseret på dette nye kulstofnetværk kan dog gøre batterilagring mere intensiv. Dette kan gøre elbiler og andre enheder, der bruger lithium-ion-batterier, mindre og lettere.
Men ligesom grafen er den næste udfordring at finde ud af, hvordan man fremstiller denne nye version i stor skala. Den nuværende samlingsmetode er afhængig af en superglat guldoverflade, hvorpå kulstofholdige molekyler i første omgang danner forbundne sekskantede kæder. Efterfølgende reaktioner forbinder disse kæder til firkantede og ottekantede former, hvilket gør det endelige resultat anderledes end grafen.
Forskerne forklarede: "Den nye idé er at bruge justerede molekylære forstadier til at producere biphenyl i stedet for grafen. Målet er nu at producere større lag af materiale, så dets egenskaber bedre kan forstås."
Opslagstidspunkt: 06. januar 2022
