Исследователи предсказали новую углеродную сеть, похожую на графен, но с более сложной микроструктурой, которая может привести к созданию лучших аккумуляторов для электромобилей. Графен, возможно, является самой известной своеобразной формой углерода. Он был использован в качестве потенциального нового правила игры для технологии литий-ионных аккумуляторов, но новые методы производства могут в конечном итоге производить более энергоемкие аккумуляторы.
Графен можно рассматривать как сеть атомов углерода, где каждый атом углерода соединен с тремя соседними атомами углерода, образуя крошечные шестиугольники. Однако исследователи предполагают, что в дополнение к этой прямой сотовой структуре могут быть созданы и другие структуры.
Это новый материал, разработанный командой из Университета Марбурга в Германии и Университета Аалто в Финляндии. Они заставили атомы углерода двигаться в новых направлениях. Так называемая бифенильная сетка состоит из шестиугольников, квадратов и восьмиугольников, что является более сложной сеткой, чем графен. Исследователи говорят, что поэтому она имеет существенно другие, а в некоторых отношениях и более желательные электронные свойства.
Например, хотя графен ценится за его способность быть полупроводником, новая углеродная сеть ведет себя скорее как металл. Фактически, когда полосы бифенильной сети составляют всего 21 атом, их можно использовать в качестве проводящих нитей для электронных устройств. Они отметили, что в этом масштабе графен все еще ведет себя как полупроводник.
Главный автор сказал: «Этот новый тип углеродной сети также может быть использован в качестве превосходного анодного материала для литий-ионных аккумуляторов. По сравнению с текущими материалами на основе графена, он имеет большую емкость 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 потому, что он может продолжать делать это потенциально тысячи циклов. Это делает его высокоэффективным аккумулятором, а также аккумулятором, который может работать долгое время без деградации.
Однако более эффективные и меньшие альтернативы на основе этой новой углеродной сети могут сделать хранение энергии в аккумуляторах более интенсивным. Это может сделать электромобили и другие устройства, использующие литий-ионные аккумуляторы, меньше и легче.
Однако, как и в случае с графеном, следующим вызовом станет выяснение того, как производить эту новую версию в больших масштабах. Текущий метод сборки основан на сверхгладкой золотой поверхности, на которой углеродсодержащие молекулы изначально образуют связанные гексагональные цепи. Последующие реакции соединяют эти цепи, образуя квадратные и восьмиугольные формы, что делает конечный результат отличным от графена.
Исследователи объяснили: «Новая идея заключается в использовании скорректированных молекулярных прекурсоров для производства бифенила вместо графена. Теперь цель состоит в том, чтобы производить более крупные листы материала, чтобы можно было лучше понять его свойства».
Время публикации: 06.01.2022
