توقع باحثون شبكة كربون جديدة، شبيهة بالجرافين، ولكن ببنية مجهرية أكثر تعقيدًا، قد تُسهم في تطوير بطاريات أفضل للسيارات الكهربائية. يُعد الجرافين بلا شك أشهر أشكال الكربون. وقد استُخدم كقاعدة جديدة محتملة في تكنولوجيا بطاريات الليثيوم أيون، ولكن أساليب التصنيع الجديدة قد تُنتج في نهاية المطاف بطاريات أكثر استهلاكًا للطاقة.
يمكن اعتبار الجرافين شبكةً من ذرات الكربون، حيث تتصل كل ذرة كربون بثلاث ذرات كربون مجاورة لتكوين أشكال سداسية صغيرة. ومع ذلك، يتوقع الباحثون أنه بالإضافة إلى هذا الهيكل الشبيه بقرص العسل، يمكن أيضًا توليد هياكل أخرى.
هذه هي المادة الجديدة التي طورها فريق من جامعة ماربورغ في ألمانيا وجامعة آلتو في فنلندا. وقد مكّنوا ذرات الكربون من اتخاذ اتجاهات جديدة. تتكون شبكة ثنائي الفينيل من سداسيات ومربعات ومثمنات، وهي شبكة أكثر تعقيدًا من الجرافين. ويشير الباحثون إلى أنها، بالتالي، تتميز بخصائص إلكترونية مختلفة تمامًا، بل وأكثر جاذبية في بعض النواحي.
على سبيل المثال، على الرغم من تقدير الجرافين لقدرته على أن يكون شبه موصل، إلا أن شبكة الكربون الجديدة تتصرف كمعدن. في الواقع، عندما يبلغ عرضها 21 ذرة فقط، يمكن استخدام خطوط شبكة ثنائي الفينيل كخيوط موصلة للأجهزة الإلكترونية. وأشار الباحثون إلى أنه على هذا النطاق، لا يزال الجرافين يتصرف كشبه موصل.
قال المؤلف الرئيسي: "يمكن استخدام هذا النوع الجديد من شبكات الكربون أيضًا كمادة أنود ممتازة لبطاريات أيونات الليثيوم. وبالمقارنة مع المواد الحالية القائمة على الجرافين، تتميز هذه الشبكة بسعة تخزين ليثيوم أكبر."
يتكون قطب بطارية الليثيوم-أيون عادةً من الجرافيت المنتشر على رقاقة نحاسية. يتميز بموصلية كهربائية عالية، وهو أمر ضروري ليس فقط لوضع أيونات الليثيوم بشكل عكسي بين طبقاته، بل أيضًا لأنه قادر على الاستمرار في ذلك لآلاف الدورات. هذا يجعلها بطارية عالية الكفاءة، وتدوم طويلًا دون أي تدهور.
ومع ذلك، فإنّ البدائل الأصغر والأكثر كفاءةً، القائمة على شبكة الكربون الجديدة، يمكن أن تزيد من كثافة تخزين طاقة البطاريات. وهذا قد يجعل المركبات الكهربائية والأجهزة الأخرى التي تستخدم بطاريات أيونات الليثيوم أصغر حجمًا وأخف وزنًا.
ومع ذلك، وكما هو الحال مع الجرافين، فإن التحدي القادم يكمن في إيجاد طريقة لتصنيع هذا الإصدار الجديد على نطاق واسع. تعتمد طريقة التجميع الحالية على سطح ذهبي فائق النعومة، حيث تُشكل الجزيئات المحتوية على الكربون سلاسل سداسية متصلة في البداية. ثم تُربط هذه السلاسل بتفاعلات لاحقة لتكوين أشكال مربعة ومثمنة، مما يجعل النتيجة النهائية مختلفة عن الجرافين.
أوضح الباحثون: "الفكرة الجديدة هي استخدام سلائف جزيئية مُعدّلة لإنتاج ثنائي الفينيل بدلاً من الجرافين. الهدف الآن هو إنتاج صفائح أكبر من المادة لفهم خصائصها بشكل أفضل".
وقت النشر: 6 يناير 2022
