Nowy supermateriał pozwoli na stworzenie jeszcze lepszych baterii
Nowa sieć węglowa, podobna do grafenu, ale o znacznie bardziej złożonej strukturze, może pozwolić na stworzenie lepszych akumulatorów do pojazdów elektrycznych.
Grafen, prawdopodobnie najbardziej znana egzotyczna forma węgla, został już okrzyknięty przełomowym materiałem w technologii akumulatorów litowo-jonowych. Jest to w zasadzie siatka atomów węgla o sześciokątnych "oczkach", a każdy z atomów łączy się z trzema sąsiadami. Naukowcy przypuszczają jednak, że możliwe jest wytworzenie innych struktur, wykraczających poza ten prosty plaster miodu.
To właśnie udało się uczonym z niemieckiego Uniwersytetu w Marburgu i fińskiego Uniwersytetu Aalto, po raz kolejny wykorzystując atomy węgla, ale nadając im nowy kształt. Tak zwana sieć bifenylenowa składa się z sześciokątów, kwadratów i ośmiokątów, czyli bardziej skomplikowanej siatki niż ta, którą tworzy grafen. W rezultacie, ma wyraźnie inne - i w pewnym sensie korzystne - właściwości elektryczne.
Podczas gdy grafen jest ceniony za swoją zdolność do działania jako półprzewodnik, nowa sieć węglowa zachowuje się bardziej jak metal. Na zaledwie 21 atomach szerokości, paski sieci bifenylowej mogą funkcjonować jako przewodzące druty dla urządzeń elektronicznych.
- Ta nowa sieć węglowa może również służyć jako doskonały materiał anodowy w bateriach litowo-jonowych, z większą pojemnością magazynowania litu w porównaniu z obecnymi materiałami opartymi na grafenie - powiedział Qitang Fan z Uniwersytetu w Marburgu, główny autor badania.
Anody akumulatorów litowo-jonowych zazwyczaj składają się z grafitu nałożonego na folię miedzianą. Jest to materiał wysoce przewodzący, co jest niezbędne nie tylko do przemieszczania się jonów litu pomiędzy warstwami, ale także umożliwiając powtarzanie tego przez tysiące cykli. W ten sposób powstaje zarówno wydajna bateria, jak i taka, która wytrzyma długi czas bez degradacji.
Jeszcze bardziej wydajna, mniejsza alternatywa oparta na nowej sieci węglowej mogłaby pozwolić na stworzenie jeszcze gęstszych ogniw. Dzięki temu baterie mogłyby być mniejsze i lżejsze.
Podobnie jak w przypadku grafenu, kolejnym wyzwaniem jest znalezienie sposobu na produkcję sieci bifenylowej na skalę przemysłową. Obecna metoda produkcji zakłada użycie supergładkiej powierzchni złota, na której cząsteczki zawierające węgiel są początkowo formowane w łańcuchy połączonych sześciokątów. Później łączą się one w kwadraty i ośmiokąty, wyróżniając sieć bifenylową od sieci grafenowej.
Teraz naukowcy chcą opracować większe arkusze materiału, aby lepiej zrozumieć jego właściwości.
