研究者たちは、グラフェンに似ているが、より複雑な微細構造を持つ新たな炭素ネットワークを予測しており、これが電気自動車用バッテリーの性能向上につながる可能性がある。グラフェンは、おそらく最も有名な特異な炭素形態である。リチウムイオン電池技術における新たなゲームルールとなる可能性を秘めているが、新たな製造方法によって、最終的にはより高出力のバッテリーが製造できるようになるだろう。
グラフェンは炭素原子のネットワークと見なすことができ、各炭素原子は隣接する3つの炭素原子と結合して小さな六角形を形成している。しかし、研究者たちは、この直接的なハニカム構造に加えて、他の構造も生成される可能性があると推測している。
これは、ドイツのマールブルク大学とフィンランドのアールト大学の研究チームが開発した新素材です。彼らは炭素原子を新たな方向に誘導することに成功しました。このビフェニルネットワークと呼ばれる構造は、六角形、四角形、八角形から構成されており、グラフェンよりも複雑な格子構造となっています。研究者らは、そのため、グラフェンとは大きく異なる、そしていくつかの点においてより望ましい電子特性を持つと述べています。
例えば、グラフェンは半導体としての能力が高く評価されているが、新しい炭素ネットワークは金属に近い挙動を示す。実際、ビフェニルネットワークのストライプは、わずか21原子幅であれば、電子機器の導電性糸として使用できる。彼らは、このスケールではグラフェンは依然として半導体のように振る舞うと指摘した。
筆頭著者は、「この新しいタイプの炭素ネットワークは、リチウムイオン電池の優れた負極材料としても使用できる。既存のグラフェン系材料と比較して、リチウム貯蔵容量が大きい」と述べている。
リチウムイオン電池の負極は、通常、銅箔上にグラファイトを塗布した構造になっています。グラファイトは高い電気伝導性を持ち、これは層間にリチウムイオンを可逆的に配置するために不可欠であるだけでなく、数千サイクルにわたってこの状態を維持できるためでもあります。そのため、非常に効率的な電池であるだけでなく、劣化することなく長期間使用できる電池となっています。
しかし、この新しい炭素ネットワークに基づいた、より効率的で小型の代替技術が登場すれば、バッテリーエネルギー貯蔵の集約化が進む可能性がある。これにより、電気自動車をはじめとするリチウムイオン電池を使用する機器の小型化・軽量化が実現するかもしれない。
しかし、グラフェンと同様に、この新しいバージョンを大規模に製造する方法を見つけることが次の課題となる。現在の組み立て方法は、非常に滑らかな金表面上で、炭素を含む分子が最初に連結した六角形の鎖を形成するというものである。その後の反応によってこれらの鎖が連結され、正方形や八角形の形状が形成されるため、最終的な結果はグラフェンとは異なるものとなる。
研究者らは次のように説明した。「今回の新しいアイデアは、調整された分子前駆体を用いて、グラフェンの代わりにビフェニルを生成することです。現在の目標は、より大きなシート状の材料を製造し、その特性をより深く理解することです。」
投稿日時：2022年1月6日
