Forskare har förutspått ett nytt kolnätverk, liknande grafen, men med en mer komplex mikrostruktur, vilket kan leda till bättre elbilsbatterier. Grafen är utan tvekan den mest kända säregna formen av kol. Det har ansetts vara en potentiell ny spelregel för litiumjonbatteriteknik, men nya tillverkningsmetoder kan så småningom producera mer energikrävande batterier.
Grafen kan ses som ett nätverk av kolatomer, där varje kolatom är kopplad till tre intilliggande kolatomer för att skapa små hexagoner. Forskarna spekulerar dock i att utöver denna direkta bikakestruktur kan även andra strukturer genereras.
Detta är det nya materialet som utvecklats av ett team från Marburgs universitet i Tyskland och Aalto-universitetet i Finland. De lockade kolatomer i nya riktningar. Det så kallade bifenylnätverket består av hexagoner, kvadrater och oktagoner, vilket är ett mer komplext rutnät än grafen. Forskarna säger att det därför har betydligt annorlunda, och i vissa avseenden, mer önskvärda elektroniska egenskaper.
Till exempel, även om grafen värderas för sin förmåga som halvledare, beter sig det nya kolnätverket mer som en metall. Faktum är att även om det bara är 21 atomer brett kan ränderna i bifenylnätverket användas som ledande trådar för elektroniska apparater. De påpekade att grafen i denna skala fortfarande beter sig som en halvledare.
Huvudförfattaren sa: ”Denna nya typ av kolnätverk kan också användas som ett utmärkt anodmaterial för litiumjonbatterier. Jämfört med nuvarande grafenbaserade material har det en större litiumlagringskapacitet.”
Anoden i ett litiumjonbatteri består vanligtvis av grafit utspridd på kopparfolie. Den har hög elektrisk ledningsförmåga, vilket inte bara är avgörande för att reversibelt placera litiumjoner mellan sina lager, utan också för att den kan fortsätta att göra det i potentiellt tusentals cykler. Detta gör det till ett mycket effektivt batteri, men också ett batteri som kan hålla länge utan att försämras.
Effektivare och mindre alternativ baserade på detta nya kolnätverk kan dock göra batterilagring mer intensiv. Detta kan göra elfordon och andra enheter som använder litiumjonbatterier mindre och lättare.
Men precis som med grafen är nästa utmaning att lista ut hur man tillverkar denna nya version i stor skala. Den nuvarande monteringsmetoden bygger på en superslät guldyta på vilken kolinnehållande molekyler initialt bildar sammankopplade hexagonala kedjor. Efterföljande reaktioner sammankopplar dessa kedjor för att bilda kvadratiska och åttkantiga former, vilket gör att slutresultatet skiljer sig från grafen.
Forskarna förklarade: ”Den nya idén är att använda justerade molekylära prekursorer för att producera bifenyl istället för grafen. Målet är nu att producera större materialskikt så att dess egenskaper kan förstås bättre.”
Publiceringstid: 6 januari 2022
