Tutkijat ovat ennustaneet uudenlaisen hiiliverkon, joka on samanlainen kuin grafeeni, mutta jolla on monimutkaisempi mikrorakenne ja joka voi johtaa parempiin sähköajoneuvojen akkuihin. Grafeeni on kiistatta tunnetuin hiilen erikoinen muoto. Sitä on hyödynnetty mahdollisena uutena pelisääntönä litiumioniakkuteknologialle, mutta uudet valmistusmenetelmät voivat lopulta tuottaa tehokkaampia akkuja.
Grafeenia voidaan pitää hiiliatomien verkostona, jossa jokainen hiiliatomi on liittynyt kolmeen vierekkäiseen hiiliatomiin muodostaen pieniä kuusikulmioita. Tutkijat kuitenkin spekuloivat, että tämän suoran hunajakennorakenteen lisäksi voi syntyä myös muita rakenteita.
Tämä on uusi materiaali, jonka ovat kehittäneet Marburgin yliopiston Saksassa ja Aalto-yliopiston Suomesta tutkimusryhmä. He ovat houkutelleet hiiliatomeja uusiin suuntiin. Niin kutsuttu bifenyyliverkko koostuu kuusikulmioista, neliöistä ja kahdeksankulmioista, ja se on monimutkaisempi verkosto kuin grafeeni. Tutkijoiden mukaan sillä on siksi merkittävästi erilaiset ja joiltakin osin toivotummat elektroniset ominaisuudet.
Esimerkiksi vaikka grafeenia arvostetaan sen puolijohdeominaisuuksien vuoksi, uusi hiiliverkko käyttäytyy enemmän metallin tavoin. Itse asiassa vain 21 atomin levyisinä bifenyyliverkon raitoja voidaan käyttää johtavina lankoina elektronisissa laitteissa. He huomauttivat, että tässä mittakaavassa grafeeni käyttäytyy edelleen puolijohteen tavoin.
Pääkirjoittaja sanoi: ”Tämä uudentyyppinen hiiliverkko voi toimia myös erinomaisena anodimateriaalina litiumioniakuissa. Verrattuna nykyisiin grafeenipohjaisiin materiaaleihin sillä on suurempi litiumin varastointikapasiteetti.”
Litiumioniakun anodi koostuu yleensä kuparifoliolle levitetystä grafiitista. Sen sähkönjohtavuus on korkea, mikä on välttämätöntä paitsi litiumionien palautuvalle sijoittumiselle kerrosten väliin, myös siksi, että se voi jatkaa tätä mahdollisesti tuhansien syklien ajan. Tämä tekee siitä erittäin tehokkaan akun, mutta myös akun, joka voi kestää pitkään ilman heikkenemistä.
Tähän uuteen hiiliverkkoon perustuvat tehokkaammat ja pienemmät vaihtoehdot voivat kuitenkin tehdä akkuihin varastoidusta energiasta intensiivisempää. Tämä voi tehdä sähköajoneuvoista ja muista litiumioniakkuja käyttävistä laitteista pienempiä ja kevyempiä.
Kuten grafeeninkin kohdalla, seuraava haaste on kuitenkin selvittää, miten tätä uutta versiota valmistetaan laajamittaisesti. Nykyinen kokoonpanomenetelmä perustuu erittäin sileään kultapintaan, jolle hiiltä sisältävät molekyylit muodostavat aluksi toisiinsa yhteydessä olevia kuusikulmaisia ketjuja. Myöhemmät reaktiot yhdistävät nämä ketjut neliömäisiksi ja kahdeksankulmaisiksi muodoiksi, mikä tekee lopputuloksesta erilaisen kuin grafeenissa.
Tutkijat selittivät: ”Uusi idea on käyttää säädettyjä molekyyliesiasteita bifenyylin tuottamiseen grafeenin sijaan. Tavoitteena on nyt tuottaa suurempia materiaalilevyjä, jotta sen ominaisuuksia voidaan ymmärtää paremmin.”
Julkaisun aika: 06.01.2022
