Исследователи предсказали появление новой углеродной сети, похожей на графеновую, но с более сложной микроструктурой, которая может привести к созданию более совершенных аккумуляторов для электромобилей. Графен, пожалуй, самая известная необычная форма углерода. Его рассматривают как потенциальное новое правило игры для технологии литий-ионных аккумуляторов, но новые методы производства в конечном итоге позволят производить более энергоёмкие аккумуляторы.
Графен можно представить как сеть атомов углерода, где каждый атом углерода соединён с тремя соседними, образуя крошечные шестиугольники. Однако исследователи предполагают, что помимо этой прямой сотовой структуры могут быть созданы и другие структуры.
Это новый материал, разработанный группой учёных из Марбургского университета (Германия) и Университета Аалто (Финляндия). Им удалось сориентировать атомы углерода в новых направлениях. Так называемая бифенильная сетка состоит из шестиугольников, квадратов и восьмиугольников и представляет собой более сложную структуру, чем графен. Исследователи утверждают, что поэтому она обладает существенно иными, а в некоторых отношениях и более желательными электронными свойствами.
Например, хотя графен ценится за свои полупроводниковые свойства, новая углеродная сеть ведёт себя скорее как металл. Более того, полосы бифенильной сети, шириной всего 21 атом, могут использоваться в качестве проводящих нитей для электронных устройств. Они отметили, что при таком масштабе графен всё ещё ведёт себя как полупроводник.
Основной автор отметил: «Этот новый тип углеродной сети также может быть использован в качестве превосходного анодного материала для литий-ионных аккумуляторов. По сравнению с существующими материалами на основе графена, он обладает большей ёмкостью для хранения лития».
Анод литий-ионного аккумулятора обычно состоит из графита, нанесённого на медную фольгу. Он обладает высокой электропроводностью, что важно не только для обратимого размещения ионов лития между слоями, но и для возможности сохранения этого состояния в течение тысяч циклов. Это делает такой аккумулятор высокоэффективным и долговечным, не теряя своих свойств.
Однако более эффективные и компактные альтернативы, основанные на этой новой углеродной сети, могут повысить интенсивность накопления энергии в аккумуляторах. Это может привести к уменьшению размеров и веса электромобилей и других устройств, использующих литий-ионные аккумуляторы.
Однако, как и в случае с графеном, следующей задачей является разработка способа производства этой новой версии в больших масштабах. Существующий метод сборки основан на сверхгладкой золотой поверхности, на которой углеродсодержащие молекулы изначально образуют соединённые гексагональные цепочки. Последующие реакции связывают эти цепочки в квадратные и восьмиугольные формы, что отличает конечный результат от графена.
Исследователи объяснили: «Новая идея заключается в использовании модифицированных молекулярных прекурсоров для производства бифенила вместо графена. Теперь цель — производить листы материала большего размера, чтобы лучше изучить его свойства».
Время публикации: 06 января 2022 г.
