นักวิจัยได้คาดการณ์ถึงโครงข่ายคาร์บอนรูปแบบใหม่ที่คล้ายกับกราฟีน แต่มีโครงสร้างจุลภาคที่ซับซ้อนกว่า ซึ่งอาจนำไปสู่แบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าที่ดีขึ้น กราฟีนเป็นรูปแบบคาร์บอนที่แปลกประหลาดที่สุดและโด่งดังที่สุดรูปแบบหนึ่ง มีการกล่าวถึงกราฟีนว่าเป็นตัวแปรสำคัญใหม่สำหรับเทคโนโลยีแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน แต่ในอนาคตวิธีการผลิตแบบใหม่จะสามารถผลิตแบตเตอรี่ที่มีกำลังไฟสูงกว่าได้
กราฟีนสามารถมองได้ว่าเป็นโครงข่ายของอะตอมคาร์บอน โดยที่อะตอมคาร์บอนแต่ละอะตอมเชื่อมต่อกับอะตอมคาร์บอนที่อยู่ติดกันสามอะตอมเพื่อสร้างรูปหกเหลี่ยมขนาดเล็ก อย่างไรก็ตาม นักวิจัยคาดการณ์ว่านอกเหนือจากโครงสร้างรังผึ้งโดยตรงนี้แล้ว ยังสามารถสร้างโครงสร้างอื่นๆ ได้อีกด้วย
นี่คือวัสดุใหม่ที่พัฒนาโดยทีมงานจากมหาวิทยาลัยมาร์บูร์กในเยอรมนีและมหาวิทยาลัยอัลโตในฟินแลนด์ พวกเขาได้ดัดแปลงอะตอมคาร์บอนให้เรียงตัวในทิศทางใหม่ โครงสร้างที่เรียกว่าเครือข่ายไบฟีนิลนี้ประกอบด้วยรูปหกเหลี่ยม สี่เหลี่ยม และแปดเหลี่ยม ซึ่งเป็นโครงสร้างที่ซับซ้อนกว่ากราฟีน นักวิจัยกล่าวว่าด้วยเหตุนี้ มันจึงมีคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ที่แตกต่างอย่างมาก และในบางแง่มุมก็เป็นที่ต้องการมากกว่า
ตัวอย่างเช่น แม้ว่ากราฟีนจะมีคุณค่าในฐานะสารกึ่งตัวนำ แต่โครงข่ายคาร์บอนใหม่นี้กลับมีพฤติกรรมคล้ายโลหะมากกว่า ที่จริงแล้ว เมื่อมีความกว้างเพียง 21 อะตอม แถบของโครงข่ายไบฟีนิลสามารถใช้เป็นเส้นใยนำไฟฟ้าสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ได้ พวกเขาชี้ให้เห็นว่าที่ระดับขนาดนี้ กราฟีนก็ยังคงมีพฤติกรรมเหมือนสารกึ่งตัวนำอยู่ดี
ผู้เขียนหลักกล่าวว่า “โครงข่ายคาร์บอนชนิดใหม่นี้ยังสามารถใช้เป็นวัสดุขั้วบวกที่ยอดเยี่ยมสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนได้อีกด้วย เมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุที่ใช้กราฟีนในปัจจุบันแล้ว วัสดุชนิดนี้มีศักยภาพในการกักเก็บลิเธียมได้มากกว่า”
ขั้วบวกของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมักประกอบด้วยกราไฟต์ที่เคลือบอยู่บนแผ่นฟอยล์ทองแดง กราไฟต์มีคุณสมบัติการนำไฟฟ้าสูง ซึ่งไม่เพียงแต่จำเป็นต่อการแทรกไอออนลิเธียมระหว่างชั้นได้อย่างย้อนกลับได้เท่านั้น แต่ยังสามารถทำเช่นนั้นได้ต่อเนื่องเป็นพันๆ รอบการใช้งาน ทำให้เป็นแบตเตอรี่ที่มีประสิทธิภาพสูงและใช้งานได้ยาวนานโดยไม่เสื่อมสภาพ
อย่างไรก็ตาม ทางเลือกที่มีประสิทธิภาพและขนาดเล็กกว่าซึ่งใช้โครงข่ายคาร์บอนใหม่นี้ อาจทำให้การจัดเก็บพลังงานแบตเตอรี่มีความเข้มข้นมากขึ้น ซึ่งอาจทำให้รถยนต์ไฟฟ้าและอุปกรณ์อื่นๆ ที่ใช้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีขนาดเล็กลงและเบาลง
อย่างไรก็ตาม เช่นเดียวกับกราฟีน การหาวิธีผลิตวัสดุรุ่นใหม่นี้ในปริมาณมากถือเป็นความท้าทายต่อไป วิธีการประกอบในปัจจุบันอาศัยพื้นผิวทองคำที่เรียบลื่นเป็นพิเศษ ซึ่งโมเลกุลที่มีคาร์บอนเป็นองค์ประกอบจะก่อตัวเป็นโซ่หกเหลี่ยมที่เชื่อมต่อกันในขั้นต้น ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นภายหลังจะเชื่อมต่อโซ่เหล่านี้เข้าด้วยกันเพื่อสร้างรูปทรงสี่เหลี่ยมและแปดเหลี่ยม ทำให้ผลลัพธ์สุดท้ายแตกต่างจากกราฟีน
นักวิจัยอธิบายว่า “แนวคิดใหม่คือการใช้สารตั้งต้นระดับโมเลกุลที่ปรับแต่งแล้วเพื่อผลิตไบฟีนิลแทนกราฟีน เป้าหมายในขณะนี้คือการผลิตแผ่นวัสดุขนาดใหญ่ขึ้นเพื่อให้สามารถทำความเข้าใจคุณสมบัติของมันได้ดียิ่งขึ้น”
วันที่โพสต์: 6 มกราคม 2022
