Nyt kulstof kan signalere trin-ændring for verdens mest populære batterier

Forskere har skabt en ny type kulstof, der kunne lave batterierne i vores telefoner, tablet computere og bærbare computere sikrere, mere magtfuld, hurtigere at oplade og holder længere.

Et internationalt forskerteam, ledet af Lancaster University og Jilin University i Kina, har annonceret det første organisk syntetiserede porøse kulstof, kaldet OSPC-1, i journalen Angewandte Chemie .

Denne nye kulstof viser et enestående potentiale som materiale for anoder inden for lithium-ion-batterier-den type batterier, der driver millioner af enheder såsom mobiltelefoner, bærbare computere, elværktøj, såvel som at blive brugt i større komplekse situationer, såsom rumsatellitter, kommercielle fly og elbiler.

Industristandardmaterialet, der bruges til anoder inden for lithium-ion-batterier, er en form for kulstof, der kaldes grafit. Forskerne sammenlignede OSPC-1's ydeevne med grafit og opdagede, at OSPC-1 er i stand til at lagre mere end dobbelt så mange lithiumioner, og derfor magt, som grafit ved samme opladningshastighed i mellemklassen.

Ud over, OSPC-1 er i stand til at lagre lithiumioner med mere end det dobbelte af grafit-hvilket betyder, at opladningshastighederne kan være dobbelt så hurtige. Udladningshastigheder kan også forbedres væsentligt med OSPC-1, hvilket betyder, at den også kan bruges til at drive mere energisultne applikationer.

Unikt, OSPC-1 er blevet skabt på molekylært niveau ved hjælp af en kompleks teknik kaldet 'Eglinton homocoupling'. Dette indebærer fjernelse af silicium fra carbon-silicium-grupper for at producere carbon til carbon-links. Den resulterende struktur er amorf, meget stabil, og, afgørende, meget ledende.

En anden stor fordel ved OSPC-1 er dens sikkerhed. Det danner ikke dendritter. Disse er litiummetalfibre, der kan dannes, når lithium sætter sig fast på overfladen af ​​grafit. Hvis dendritterne bygger op og når over til katoden, kan de kortslutte litiumionbatterier og få dem til at eksplodere i flammer.

OSPC-1 ser også ud til at være meget mere holdbar end grafit. Forskerteamet testede det over 100 opladnings- og afladningscyklusser, og der var ingen tegn på forringelse. Grafit udvides og trækker sig sammen hver gang det oplades og aflades, hvilket gør den modtagelig for revner. OSPC-1's åbne struktur betyder, at den er mindre sprød og ikke så tilbøjelig til disse svagheder.

Imidlertid, grafit er branchestandarden, fordi den er meget billig at producere og let tilgængelig. Forskerne erkender, at OSPC-1 ville være dyrere at producere, i hvert fald i starten. Derfor, forskerne mener, at de mest sandsynlige tidlige applikationer ville være i situationer, hvor sikkerhed er det vigtigste, f.eks. inden for rumsatellitter og fly.

Lancaster Universitys Dr. Abbie Trewin, medforfatter af undersøgelsen, sagde:"Vores team har brugt en helt ny metode til at producere det eneste porøse carbon designet på molekylært niveau.

"Dette nye materiale, OSPC-1, er et meget lovende anodemateriale til lithium-ion-batterier med en høj lithium-kapacitet, en imponerende opladnings- og afladningshastighed, potentiale for en lang levetid, og for væsentligt forbedret sikkerhedsydelse.

"Vi mener, at OSPC-1 har et stort potentiale i de situationer, hvor fiasko kan føre til tab af liv, eller tab af meget dyrt udstyr i tilfælde af satellitter. "

Metoden, der bruges af forskerteamet, har potentiale til at blive udvidet til andre 3D-kulstofmaterialer, og kunne se oprettelsen af ​​en ny familie af porøse kulstofmaterialer, som kunne se fordele ved energilagring, elektroniske anordninger, katalyse, gasopbevaring, og gasadskillelsesteknologier.

Resultaterne er rapporteret i papiret 'A 3-D Organically Synthesized Porous Carbon'.