Cercetătorii au prezis o nouă rețea de carbon, similară grafenului, dar cu o microstructură mai complexă, care ar putea duce la baterii mai bune pentru vehiculele electrice. Grafenul este, probabil, cea mai faimoasă formă particulară de carbon. A fost considerat o potențială nouă regulă de joc pentru tehnologia bateriilor litiu-ion, dar noile metode de fabricație pot produce în cele din urmă baterii mai consumatoare de energie.
Grafenul poate fi văzut ca o rețea de atomi de carbon, unde fiecare atom de carbon este conectat la trei atomi de carbon adiacenți pentru a produce hexagoane minuscule. Cu toate acestea, cercetătorii speculează că, pe lângă această structură directă de tip fagure, pot fi generate și alte structuri.
Acesta este noul material dezvoltat de o echipă de la Universitatea din Marburg, Germania, și de la Universitatea Aalto, Finlanda. Ei au convins atomii de carbon să se îndrepte în direcții noi. Așa-numita rețea de bifenil este compusă din hexagoane, pătrate și octogoane, reprezentând o grilă mai complexă decât grafenul. Cercetătorii spun că, prin urmare, are proprietăți electronice semnificativ diferite și, în anumite privințe, mai dezirabile.
De exemplu, deși grafenul este apreciat pentru capacitatea sa de semiconductor, noua rețea de carbon se comportă mai mult ca un metal. De fapt, când are doar 21 de atomi lățime, dungile rețelei de bifenil pot fi utilizate ca fire conductive pentru dispozitivele electronice. Ei au subliniat că, la această scară, grafenul se comportă în continuare ca un semiconductor.
Autorul principal a spus: „Acest nou tip de rețea de carbon poate fi folosit și ca material excelent pentru anod pentru bateriile litiu-ion. Comparativ cu materialele actuale pe bază de grafen, are o capacitate mai mare de stocare a litiului.”
Anodul unei baterii litiu-ion este de obicei compus din grafit întins pe o folie de cupru. Are o conductivitate electrică ridicată, ceea ce este esențial nu doar pentru plasarea reversibilă a ionilor de litiu între straturile sale, ci și pentru că poate continua să facă acest lucru timp de potențial mii de cicluri. Acest lucru o face o baterie extrem de eficientă, dar și o baterie care poate rezista mult timp fără degradare.
Totuși, alternativele mai eficiente și mai mici, bazate pe această nouă rețea de carbon, pot face ca stocarea energiei din baterii să fie mai intensivă. Acest lucru ar putea face ca vehiculele electrice și alte dispozitive care utilizează baterii litiu-ion să fie mai mici și mai ușoare.
Totuși, la fel ca în cazul grafenului, următoarea provocare este descoperirea modului de fabricare a acestei noi versiuni la scară largă. Metoda actuală de asamblare se bazează pe o suprafață de aur extrem de netedă, pe care moleculele care conțin carbon formează inițial lanțuri hexagonale conectate. Reacțiile ulterioare conectează aceste lanțuri pentru a forma forme pătrate și octogonale, ceea ce face ca rezultatul final să fie diferit de grafen.
Cercetătorii au explicat: „Noua idee este de a utiliza precursori moleculari ajustați pentru a produce bifenil în loc de grafen. Scopul acum este de a produce foi mai mari de material, astfel încât proprietățile sale să poată fi mai bine înțelese.”
Data publicării: 06 ian. 2022
