توقع الباحثون ظهور شبكة كربونية جديدة، شبيهة بالجرافين، ولكن ببنية مجهرية أكثر تعقيدًا، مما قد يُسهم في تطوير بطاريات أفضل للسيارات الكهربائية. يُعدّ الجرافين، بلا شك، أشهر أشكال الكربون الفريدة. وقد تمّ استخدامه كعنصر واعد في تكنولوجيا بطاريات الليثيوم أيون، إلا أن أساليب التصنيع الحديثة قد تُنتج في نهاية المطاف بطاريات ذات قدرة أعلى على توليد الطاقة.
يمكن اعتبار الجرافين شبكة من ذرات الكربون، حيث ترتبط كل ذرة كربون بثلاث ذرات كربون مجاورة لتكوين أشكال سداسية صغيرة. ومع ذلك، يتوقع الباحثون أنه بالإضافة إلى هذا التركيب الشبيه بخلية النحل، يمكن توليد هياكل أخرى أيضًا.
هذه مادة جديدة طوّرها فريق من جامعة ماربورغ في ألمانيا وجامعة آلتو في فنلندا. وقد وجّهوا ذرات الكربون في اتجاهات جديدة. تتكون ما يُسمى بشبكة ثنائي الفينيل من سداسيات ومربعات وثمانيات، وهي شبكة أكثر تعقيدًا من شبكة الجرافين. ويقول الباحثون إنها بالتالي تتمتع بخصائص إلكترونية مختلفة بشكل ملحوظ، بل وأكثر ملاءمة في بعض النواحي.
فعلى سبيل المثال، على الرغم من أن الجرافين يُقدّر لقدرته على العمل كشبه موصل، إلا أن شبكة الكربون الجديدة تتصرف بشكل أقرب إلى المعدن. في الواقع، عندما يبلغ عرضها 21 ذرة فقط، يمكن استخدام شرائط شبكة ثنائي الفينيل كخيوط موصلة للأجهزة الإلكترونية. وقد أشاروا إلى أنه عند هذا الحجم، لا يزال الجرافين يتصرف كشبه موصل.
قال المؤلف الرئيسي: "يمكن استخدام هذا النوع الجديد من شبكة الكربون كمادة أنود ممتازة لبطاريات الليثيوم أيون. وبالمقارنة مع المواد الحالية القائمة على الجرافين، فإنه يتمتع بسعة تخزين ليثيوم أكبر."
يتكون مصعد بطارية الليثيوم أيون عادةً من الجرافيت المنتشر على رقائق النحاس. يتميز هذا المصعد بموصلية كهربائية عالية، وهي ميزة ضرورية ليس فقط لوضع أيونات الليثيوم بشكل عكسي بين طبقاته، بل أيضاً لقدرته على الاستمرار في ذلك لآلاف دورات الشحن والتفريغ. هذا ما يجعله بطارية عالية الكفاءة، فضلاً عن كونه بطارية تدوم لفترة طويلة دون تدهور في الأداء.
مع ذلك، فإن البدائل الأكثر كفاءة والأصغر حجماً، القائمة على شبكة الكربون الجديدة هذه، قد تجعل تخزين طاقة البطاريات أكثر كثافة. وهذا بدوره قد يجعل المركبات الكهربائية وغيرها من الأجهزة التي تستخدم بطاريات الليثيوم أيون أصغر حجماً وأخف وزناً.
مع ذلك، وكما هو الحال مع الجرافين، فإن التحدي التالي يكمن في إيجاد طريقة لتصنيع هذا الإصدار الجديد على نطاق واسع. تعتمد طريقة التجميع الحالية على سطح ذهبي فائق النعومة، حيث تتشكل جزيئات الكربون في البداية على هيئة سلاسل سداسية متصلة. ثم تعمل تفاعلات لاحقة على ربط هذه السلاسل لتشكيل أشكال مربعة وثمانية، مما يجعل النتيجة النهائية مختلفة عن الجرافين.
وأوضح الباحثون: "تتمثل الفكرة الجديدة في استخدام طليعة جزيئية معدلة لإنتاج ثنائي الفينيل بدلاً من الجرافين. والهدف الآن هو إنتاج صفائح أكبر من المادة حتى يمكن فهم خصائصها بشكل أفضل."
تاريخ النشر: 6 يناير 2022
