นักวิจัยคาดการณ์ว่าจะมีโครงข่ายคาร์บอนแบบใหม่ที่คล้ายกับกราฟีน แต่มีโครงสร้างจุลภาคที่ซับซ้อนกว่า ซึ่งอาจนำไปสู่การพัฒนาแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าที่ดีขึ้น กราฟีนอาจถือได้ว่าเป็นคาร์บอนรูปแบบเฉพาะที่โด่งดังที่สุด กราฟีนถูกนำมาใช้เป็นกฎเกณฑ์ใหม่สำหรับเทคโนโลยีแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน แต่วิธีการผลิตแบบใหม่อาจสามารถผลิตแบตเตอรี่ที่ใช้พลังงานมากขึ้นได้ในที่สุด
กราฟีนสามารถมองได้ว่าเป็นเครือข่ายของอะตอมคาร์บอน ซึ่งอะตอมคาร์บอนแต่ละอะตอมเชื่อมต่อกับอะตอมคาร์บอนที่อยู่ติดกันสามอะตอม ก่อให้เกิดรูปหกเหลี่ยมขนาดเล็ก อย่างไรก็ตาม นักวิจัยคาดการณ์ว่า นอกจากโครงสร้างรังผึ้งโดยตรงนี้แล้ว ยังสามารถผลิตโครงสร้างอื่นๆ ได้อีกด้วย
นี่คือวัสดุใหม่ที่พัฒนาโดยทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยมาร์บูร์กในเยอรมนีและมหาวิทยาลัยอัลโตในฟินแลนด์ พวกเขาได้ชักนำอะตอมคาร์บอนไปสู่ทิศทางใหม่ เครือข่ายไบฟีนิลนี้ประกอบด้วยรูปหกเหลี่ยม สี่เหลี่ยมจัตุรัส และแปดเหลี่ยม ซึ่งเป็นกริดที่ซับซ้อนกว่ากราฟีน นักวิจัยกล่าวว่าด้วยเหตุนี้ จึงทำให้กราฟีนมีคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ที่แตกต่างไปจากกราฟีนอย่างมีนัยสำคัญ และในบางแง่มุมก็มีคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ที่พึงประสงค์มากกว่า
ยกตัวอย่างเช่น แม้ว่ากราฟีนจะมีคุณค่าในด้านความสามารถในการเป็นสารกึ่งตัวนำ แต่โครงข่ายคาร์บอนแบบใหม่นี้มีพฤติกรรมคล้ายโลหะมากกว่า อันที่จริง เมื่อมีอะตอมเพียง 21 อะตอม แถบของโครงข่ายไบฟีนิลสามารถใช้เป็นเส้นใยนำไฟฟ้าสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ได้ พวกเขาชี้ให้เห็นว่าในระดับนี้ กราฟีนยังคงมีพฤติกรรมเหมือนสารกึ่งตัวนำ
ผู้เขียนหลักกล่าวว่า “โครงข่ายคาร์บอนชนิดใหม่นี้สามารถใช้เป็นวัสดุแอโนดชั้นเยี่ยมสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนได้ เมื่อเทียบกับวัสดุที่ใช้กราฟีนในปัจจุบัน โครงข่ายคาร์บอนชนิดนี้มีความจุในการกักเก็บลิเธียมที่สูงกว่า”
ขั้วบวกของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมักประกอบด้วยกราไฟต์ที่เคลือบบนแผ่นทองแดง ขั้วบวกนี้มีคุณสมบัตินำไฟฟ้าสูง ซึ่งไม่เพียงแต่จำเป็นต่อการจัดเรียงลิเธียมไอออนระหว่างชั้นต่างๆ แบบกลับคืนได้เท่านั้น แต่ยังเป็นเพราะสามารถคงสภาพเช่นนี้ได้หลายพันรอบ ซึ่งทำให้เป็นแบตเตอรี่ที่มีประสิทธิภาพสูง และยังมีอายุการใช้งานยาวนานโดยไม่เสื่อมสภาพ
อย่างไรก็ตาม ทางเลือกที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นและมีขนาดเล็กลงซึ่งใช้โครงข่ายคาร์บอนใหม่นี้ สามารถทำให้การกักเก็บพลังงานจากแบตเตอรี่มีความเข้มข้นมากขึ้น ซึ่งอาจทำให้รถยนต์ไฟฟ้าและอุปกรณ์อื่นๆ ที่ใช้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีขนาดเล็กลงและเบาลง
อย่างไรก็ตาม เช่นเดียวกับกราฟีน การคิดค้นวิธีการผลิตรุ่นใหม่นี้ในปริมาณมากถือเป็นความท้าทายต่อไป วิธีการประกอบในปัจจุบันอาศัยพื้นผิวทองคำที่เรียบเป็นพิเศษ ซึ่งโมเลกุลที่มีคาร์บอนจะก่อตัวเป็นสายโซ่หกเหลี่ยมที่เชื่อมต่อกันในตอนแรก ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นจะเชื่อมต่อสายโซ่เหล่านี้เข้าด้วยกันจนเกิดเป็นรูปทรงสี่เหลี่ยมจัตุรัสและแปดเหลี่ยม ทำให้ผลลัพธ์สุดท้ายแตกต่างจากกราฟีน
นักวิจัยอธิบายว่า “แนวคิดใหม่คือการใช้สารตั้งต้นโมเลกุลที่ปรับแล้วเพื่อผลิตไบฟีนิลแทนกราฟีน เป้าหมายปัจจุบันคือการผลิตแผ่นวัสดุที่มีขนาดใหญ่ขึ้น เพื่อให้เข้าใจคุณสมบัติของวัสดุได้ดียิ่งขึ้น”
เวลาโพสต์: 6 ม.ค. 2565
