Forscher haben ein neues Kohlenstoffnetzwerk vorhergesagt, das Graphen ähnelt, jedoch eine komplexere Mikrostruktur aufweist, was zu besseren Batterien für Elektrofahrzeuge führen könnte.Graphen ist wohl die bekannteste besondere Form von Kohlenstoff.Es wurde als potenzielle neue Spielregel für die Lithium-Ionen-Batterietechnologie angepriesen, aber neue Herstellungsmethoden können letztendlich zu energieintensiveren Batterien führen.
Graphen kann als Netzwerk aus Kohlenstoffatomen betrachtet werden, bei dem jedes Kohlenstoffatom mit drei benachbarten Kohlenstoffatomen verbunden ist, um winzige Sechsecke zu bilden.Allerdings spekulieren die Forscher, dass neben dieser direkten Wabenstruktur auch andere Strukturen erzeugt werden können.
Dies ist das neue Material, das von einem Team der Universität Marburg in Deutschland und der Aalto-Universität in Finnland entwickelt wurde.Sie lockten Kohlenstoffatome in neue Richtungen.Das sogenannte Biphenyl-Netzwerk besteht aus Sechsecken, Quadraten und Achtecken und ist damit ein komplexeres Gitter als Graphen.Die Forscher sagen, dass es daher deutlich andere und in mancher Hinsicht wünschenswertere elektronische Eigenschaften aufweist.
Obwohl beispielsweise Graphen wegen seiner Fähigkeit als Halbleiter geschätzt wird, verhält sich das neue Kohlenstoffnetzwerk eher wie ein Metall.Tatsächlich können die Streifen des Biphenylnetzwerks, wenn sie nur 21 Atome breit sind, als leitfähige Fäden für elektronische Geräte verwendet werden.Sie wiesen darauf hin, dass sich Graphen in dieser Größenordnung immer noch wie ein Halbleiter verhält.
Der Hauptautor sagte: „Diese neue Art von Kohlenstoffnetzwerk kann auch als hervorragendes Anodenmaterial für Lithium-Ionen-Batterien verwendet werden.“Im Vergleich zu aktuellen Materialien auf Graphenbasis verfügt es über eine größere Lithiumspeicherkapazität.“
Die Anode einer Lithium-Ionen-Batterie besteht normalerweise aus Graphit, der auf einer Kupferfolie verteilt ist.Es verfügt über eine hohe elektrische Leitfähigkeit, die nicht nur für die reversible Platzierung von Lithiumionen zwischen seinen Schichten unerlässlich ist, sondern auch, weil dies möglicherweise über Tausende von Zyklen hinweg der Fall sein kann.Dies macht ihn zu einem hocheffizienten Akku, der aber auch lange halten kann, ohne sich zu verschlechtern.
Allerdings können effizientere und kleinere Alternativen, die auf diesem neuen Kohlenstoffnetzwerk basieren, die Energiespeicherung in Batterien intensiver machen.Dadurch können Elektrofahrzeuge und andere Geräte, die Lithium-Ionen-Batterien verwenden, kleiner und leichter werden.
Wie bei Graphen besteht jedoch die nächste Herausforderung darin, herauszufinden, wie diese neue Version in großem Maßstab hergestellt werden kann.Die aktuelle Montagemethode basiert auf einer superglatten Goldoberfläche, auf der kohlenstoffhaltige Moleküle zunächst verbundene sechseckige Ketten bilden.Nachfolgende Reaktionen verbinden diese Ketten zu quadratischen und achteckigen Formen, wodurch sich das Endergebnis von Graphen unterscheidet.
Die Forscher erklärten: „Die neue Idee besteht darin, mithilfe angepasster molekularer Vorläufer Biphenyl anstelle von Graphen herzustellen.Das Ziel besteht nun darin, größere Materialschichten herzustellen, um deren Eigenschaften besser verstehen zu können.“
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 06.01.2022