研究者たちは、グラフェンに類似しながらもより複雑な微細構造を持つ新たな炭素ネットワークの存在を予測しており、これが電気自動車用バッテリーの高性能化につながる可能性がある。グラフェンは、おそらく最もよく知られた特異な炭素構造である。リチウムイオン電池技術の新たなゲームルールとして注目されてきたが、新たな製造方法によって、最終的にはより電力消費量の多いバッテリーを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みなされ、各炭素原子が隣接する3つの炭素原子と結合して小さな六角形を形成します。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、他の構造も生成できると推測しています。
これは、ドイツのマールブルク大学とフィンランドのアア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しました。いわゆるビフェニルネットワークは、六角形、正方形、八角形で構成されており、グラフェンよりも複雑な格子構造をしています。研究者らによると、そのため、ビフェニルネットワークはグラフェンとは大きく異なり、いくつかの点でより望ましい電子特性を持つとのことです。
例えば、グラフェンは半導体としての性能が評価されていますが、この新しい炭素ネットワークは金属のような挙動を示します。実際、わずか21原子の幅で、ビフェニルネットワークのストライプは電子デバイスの導電糸として使用できます。彼らは、このスケールでも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ました。
主著者は次のように述べています。「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ます。既存のグラフェンベースの材料と比較して、リチウム貯蔵容量が大きくなっています。」
リチウムイオン電池の負極は、通常、銅箔上に塗布されたグラファイトでできています。グラファイトは高い導電性を有しており、これはリチウムイオンを層間に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その配置を継続できることからも重要です。そのため、この電池は高効率であるだけでなく、劣化することなく長期間持続します。
しかし、この新しい炭素ネットワークをベースにした、より効率的で小型の代替手段は、バッテリーのエネルギー貯蔵をより強力にする可能性があります。これにより、リチウムイオン電池を使用する電気自動車やその他の機器の小型化と軽量化が実現する可能性があります。
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です。現在の組み立て方法は、非常に滑らかな金の表面上に炭素含有分子が最初に六角形の鎖を形成するというものです。その後の反応でこれらの鎖が四角形や八角形につながり、最終的な結果はグラフェンとは異なります。
研究者らは次のように説明した。「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
