Исследователи предсказали появление новой углеродной сетки, похожей на графен, но с более сложной микроструктурой, что может привести к созданию более совершенных аккумуляторов для электромобилей. Графен, пожалуй, самая известная и необычная форма углерода. Его рассматривают как потенциально новый фактор в развитии литий-ионных аккумуляторных технологий, но новые методы производства в конечном итоге могут привести к созданию более энергоемких батарей.
Графен можно рассматривать как сеть атомов углерода, где каждый атом углерода соединен с тремя соседними атомами углерода, образуя крошечные шестиугольники. Однако исследователи предполагают, что помимо этой прямой сотовой структуры могут образовываться и другие структуры.
Это новый материал, разработанный командой из Марбургского университета в Германии и Университета Аалто в Финляндии. Они направили атомы углерода в новые направления. Так называемая бифенильная сетка состоит из шестиугольников, квадратов и восьмиугольников, что представляет собой более сложную сетку, чем графен. Исследователи утверждают, что поэтому она обладает значительно отличающимися и в некоторых отношениях более желательными электронными свойствами.
Например, хотя графен ценится за свои полупроводниковые свойства, новая углеродная сетка ведет себя скорее как металл. В самом деле, при ширине всего в 21 атом полосы бифенильной сетки могут использоваться в качестве проводящих нитей для электронных устройств. Было отмечено, что в этом масштабе графен по-прежнему ведет себя как полупроводник.
Главный автор заявил: «Этот новый тип углеродной сетки также может быть использован в качестве превосходного анодного материала для литий-ионных батарей. По сравнению с существующими материалами на основе графена, он обладает большей емкостью хранения лития».
Анод литий-ионного аккумулятора обычно состоит из графита, нанесенного на медную фольгу. Он обладает высокой электропроводностью, что важно не только для обратимого размещения ионов лития между его слоями, но и для возможности продолжения этого процесса в течение потенциально тысяч циклов. Это делает такой аккумулятор высокоэффективным, а также позволяет ему долгое время работать без деградации.
Однако более эффективные и компактные альтернативы, основанные на этой новой углеродной сети, могут привести к увеличению затрат на хранение энергии в батареях. Это может сделать электромобили и другие устройства, использующие литий-ионные батареи, меньше и легче.
Однако, как и в случае с графеном, следующая задача — выяснить, как производить эту новую версию в больших масштабах. Существующий метод сборки основан на использовании сверхгладкой золотой поверхности, на которой углеродсодержащие молекулы первоначально образуют соединенные гексагональные цепочки. Последующие реакции соединяют эти цепочки, образуя квадратные и восьмиугольные формы, что делает конечный результат отличным от графена.
Исследователи пояснили: «Новая идея заключается в использовании модифицированных молекулярных предшественников для получения бифенила вместо графена. Цель сейчас — получить более крупные листы материала, чтобы лучше понять его свойства».
Дата публикации: 06.01.2022
