Forskere har spådd et nytt karbonnettverk, likt grafen, men med en mer kompleks mikrostruktur, som kan føre til bedre batterier for elektriske kjøretøy. Grafen er uten tvil den mest kjente, spesielle formen for karbon. Det har blitt sett på som en potensiell ny spilleregel for litiumionbatteriteknologi, men nye produksjonsmetoder kan etter hvert produsere mer energikrevende batterier.
Grafen kan sees på som et nettverk av karbonatomer, der hvert karbonatom er koblet til tre tilstøtende karbonatomer for å produsere ørsmå sekskanter. Forskerne spekulerer imidlertid i at i tillegg til denne direkte bikakestrukturen, kan andre strukturer også genereres.
Dette er det nye materialet som er utviklet av et team fra Universitetet i Marburg i Tyskland og Aalto-universitetet i Finland. De lokket karbonatomer i nye retninger. Det såkalte bifenylnettverket består av sekskanter, firkanter og åttekanter, som er et mer komplekst gitter enn grafen. Forskerne sier at det derfor har betydelig forskjellige, og på noen måter mer ønskelige elektroniske egenskaper.
For eksempel, selv om grafen er verdsatt for sin evne som halvleder, oppfører det nye karbonnettverket seg mer som et metall. Faktisk, når det bare er 21 atomer bredt, kan stripene i bifenylnettverket brukes som ledende tråder for elektroniske enheter. De påpekte at grafen i denne skalaen fortsatt oppfører seg som en halvleder.
Hovedforfatteren sa: «Denne nye typen karbonnettverk kan også brukes som et utmerket anodemateriale for litiumionbatterier. Sammenlignet med dagens grafenbaserte materialer har det en større litiumlagringskapasitet.»
Anoden til et litiumionbatteri består vanligvis av grafitt spredt på kobberfolie. Den har høy elektrisk ledningsevne, noe som ikke bare er viktig for reversibel plassering av litiumioner mellom lagene, men også fordi den kan fortsette å gjøre det i potensielt tusenvis av sykluser. Dette gjør det til et svært effektivt batteri, men også et batteri som kan vare lenge uten å bli degradert.
Mer effektive og mindre alternativer basert på dette nye karbonnettverket kan imidlertid gjøre batterilagring mer intensiv. Dette kan gjøre elbiler og andre enheter som bruker litiumionbatterier mindre og lettere.
Men i likhet med grafen er det den neste utfordringen å finne ut hvordan man kan produsere denne nye versjonen i stor skala. Den nåværende monteringsmetoden er avhengig av en superglatt gulloverflate hvor karbonholdige molekyler i utgangspunktet danner sammenkoblede sekskantede kjeder. Etterfølgende reaksjoner forbinder disse kjedene for å danne firkantede og åttekantede former, noe som gjør det endelige resultatet annerledes enn grafen.
Forskerne forklarte: «Den nye ideen er å bruke justerte molekylære forløpere til å produsere bifenyl i stedet for grafen. Målet nå er å produsere større materialark slik at egenskapene kan forstås bedre.»
Publisert: 06.01.2022
