Οι ερευνητές έχουν προβλέψει ένα νέο δίκτυο άνθρακα, παρόμοιο με το γραφένιο, αλλά με πιο σύνθετη μικροδομή, το οποίο μπορεί να οδηγήσει σε καλύτερες μπαταρίες ηλεκτρικών οχημάτων. Το γραφένιο είναι αναμφισβήτητα η πιο διάσημη ιδιόμορφη μορφή άνθρακα. Έχει αξιοποιηθεί ως ένας πιθανός νέος κανόνας για την τεχνολογία μπαταριών ιόντων λιθίου, αλλά οι νέες μέθοδοι κατασκευής μπορούν τελικά να παράγουν μπαταρίες που καταναλώνουν περισσότερο ενέργεια.
Το γραφένιο μπορεί να θεωρηθεί ως ένα δίκτυο ατόμων άνθρακα, όπου κάθε άτομο άνθρακα συνδέεται με τρία γειτονικά άτομα άνθρακα για να παράγει μικροσκοπικά εξάγωνα. Ωστόσο, οι ερευνητές εικάζουν ότι εκτός από αυτή την άμεση κυψελοειδή δομή, μπορούν επίσης να δημιουργηθούν και άλλες δομές.
Αυτό είναι το νέο υλικό που ανέπτυξε μια ομάδα από το Πανεπιστήμιο του Μάρμπουργκ στη Γερμανία και το Πανεπιστήμιο Άαλτο στη Φινλανδία. Κατεύθυναν άτομα άνθρακα σε νέες κατευθύνσεις. Το λεγόμενο δίκτυο διφαινυλίου αποτελείται από εξάγωνα, τετράγωνα και οκτάγωνα, το οποίο είναι ένα πιο πολύπλοκο πλέγμα από το γραφένιο. Οι ερευνητές λένε ότι, ως εκ τούτου, έχει σημαντικά διαφορετικές και, από ορισμένες απόψεις, πιο επιθυμητές ηλεκτρονικές ιδιότητες.
Για παράδειγμα, αν και το γραφένιο εκτιμάται για την ικανότητά του ως ημιαγωγός, το νέο δίκτυο άνθρακα συμπεριφέρεται περισσότερο σαν μέταλλο. Στην πραγματικότητα, όταν έχει πλάτος μόνο 21 άτομα, οι λωρίδες του δικτύου διφαινυλίου μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως αγώγιμα νήματα για ηλεκτρονικές συσκευές. Επεσήμαναν ότι σε αυτή την κλίμακα, το γραφένιο εξακολουθεί να συμπεριφέρεται σαν ημιαγωγός.
Ο κύριος συγγραφέας δήλωσε: «Αυτός ο νέος τύπος δικτύου άνθρακα μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί ως εξαιρετικό υλικό ανόδου για μπαταρίες ιόντων λιθίου. Σε σύγκριση με τα τρέχοντα υλικά με βάση το γραφένιο, έχει μεγαλύτερη χωρητικότητα αποθήκευσης λιθίου».
Η άνοδος μιας μπαταρίας ιόντων λιθίου αποτελείται συνήθως από γραφίτη απλωμένο σε φύλλο χαλκού. Έχει υψηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα, η οποία είναι απαραίτητη όχι μόνο για την αναστρέψιμη τοποθέτηση ιόντων λιθίου μεταξύ των στρωμάτων της, αλλά και επειδή μπορεί να συνεχίσει να το κάνει αυτό για χιλιάδες κύκλους. Αυτό την καθιστά μια μπαταρία υψηλής απόδοσης, αλλά και μια μπαταρία που μπορεί να διαρκέσει για μεγάλο χρονικό διάστημα χωρίς υποβάθμιση.
Ωστόσο, πιο αποτελεσματικές και μικρότερες εναλλακτικές λύσεις που βασίζονται σε αυτό το νέο δίκτυο άνθρακα μπορούν να κάνουν την αποθήκευση ενέργειας στις μπαταρίες πιο απαιτητική. Αυτό μπορεί να κάνει τα ηλεκτρικά οχήματα και άλλες συσκευές που χρησιμοποιούν μπαταρίες ιόντων λιθίου μικρότερα και ελαφρύτερα.
Ωστόσο, όπως και με το γραφένιο, η επόμενη πρόκληση είναι να καταλάβουμε πώς να κατασκευάσουμε αυτή τη νέα έκδοση σε μεγάλη κλίμακα. Η τρέχουσα μέθοδος συναρμολόγησης βασίζεται σε μια εξαιρετικά λεία χρυσή επιφάνεια πάνω στην οποία τα μόρια που περιέχουν άνθρακα σχηματίζουν αρχικά συνδεδεμένες εξαγωνικές αλυσίδες. Οι επακόλουθες αντιδράσεις συνδέουν αυτές τις αλυσίδες για να σχηματίσουν τετράγωνα και οκταγωνικά σχήματα, καθιστώντας το τελικό αποτέλεσμα διαφορετικό από το γραφένιο.
Οι ερευνητές εξήγησαν: «Η νέα ιδέα είναι να χρησιμοποιηθούν προσαρμοσμένοι μοριακοί πρόδρομοι για την παραγωγή διφαινυλίου αντί για γραφένιο. Ο στόχος τώρα είναι να παραχθούν μεγαλύτερα φύλλα υλικού, ώστε οι ιδιότητές του να γίνουν καλύτερα κατανοητές».
Ώρα δημοσίευσης: 06 Ιανουαρίου 2022
