Lại tìm ra vật liệu mới “xịn” hơn graphene, hứa hẹn mang đến cuộc cách mạng cho công nghệ pin

Tạp Chí Giáo Dục

Thứ ba, 25.05.2021, 10:05

Các nhà khoa học vừa tìm ra một loạt vật liệu mới "vượt trội" hơn cả graphene. Nó được dự đoán sẽ tạo ra một cuộc cách mạng cho lĩnh vực sản xuất pin.

Theo Slash Gear, các nhà nghiên cứu đã dự đoán một "mạng lưới" carbon mới, tương tự như graphene nhưng có cấu trúc vi mô phức tạp hơn nhiều. Phát hiện này có thể giúp chế tạo các loại pin xe điện tốt hơn. Graphene – một dạng carbon được đánh giá là kỳ lạ nhất – được coi là chất có thể mang đến những thay đổi trong công nghệ pin li-ion. Tuy nhiên, loại vật liệu vừa được phát hiện có khả năng tạo ra các tế bào pin có mật độ năng lượng cao hơn.

Graphene về cơ bản là một mạng lưới các nguyên tử carbon, các hình lục giác nhỏ được tạo ra khi mỗi hình lục giác liên kết với 3 hình ở lân cận (nó tạo ra một cấu trúc dạng giống như tổ ong). Tuy nhiên, các nhà khoa học đã đưa ra giả thuyết rằng các nguyên tử carbon cũng có thể liên kết với nhau tạo ra các cấu trúc khác với dạng tổ ong đơn giản của Graphene.

Đó là những gì nhóm nghiên cứu đến từ Đại học Marburg ở Đức và Đại học Aalto ở Phần Lan đã phát triển. Một lần nữa các nhà khoa học khai thác các nguyên tử carbon nhưng theo hướng mới. Họ tạo ra cái gọi là "mạng Biphenylene" – đây là kết quả được tạo thành từ các liên kết hình vuông và hình bát giác trong một mạng lưới phức tạp hơn so với cấu trúc của graphene. Cấu trúc mới này có những đặc tính điện tử khác và có nhiều ưu thế hơn so với graphene.

Mạng lưới carbon mới tương tự như graphene nhưng có cấu trúc vi mô phức tạp hơn nhiều.

Ví dụ, trong khi graphene được đánh giá cao về khả năng hoạt động như một chất bán dẫn, mạng carbon mới hoạt động giống kim loại hơn. Trên thực tế, với chiều rộng chỉ bằng kích thước 21 nguyên tử, các sọc của mạng Biphenylene có thể hoạt động như dây dẫn cho các thiết bị điện tử. Trong khi ở quy mô tương tự, graphene vẫn hoạt động như một chất bán dẫn.

Qitang Fan, Đại học Marburg, và là tác giả chính của nghiên cứu mới cho biết: "Mạng lưới carbon mới này cũng có thể đóng vai trò là vật liệu cực dương cao cấp trong pin lithium-ion, với dung lượng lưu trữ lithium lớn hơn so với dung lượng lưu trữ của vật liệu dựa trên graphene hiện tại".

Cực dương của pin Lithium-ion thường bao gồm graphit được xếp trên một lá đồng. Nó có tính dẫn điện cao và điều đó tạo ra một loại pin hiệu quả và có tuổi thọ lâu dài.

Tuy nhiên, một giải pháp thay thế nhỏ hơn, hiệu quả hơn dựa trên mạng lưới carbon mới này có thể tạo ra các tế bào với mật độ dày đặc hơn. Điều đó có thể cho phép xe điện và các thiết bị khác sử dụng pin li-ion nhỏ hơn và nhẹ hơn.

So với graphene, việc tìm ra cách sản xuất phiên bản mới này trên quy mô lớn là thách thức tiếp theo. Phương pháp liên kết hiện tại dựa trên một bề mặt vàng siêu mịn, trên đó các phân tử chứa carbon ban đầu được tạo thành các chuỗi lục giác liên kết với nhau. Tiếp sau đó, một phản ứng sẽ liên kết các chuỗi này thành các hình vuông và hình bát giác để tạo ra cấu trúc khác với graphene.

Linghao Yan, thuộc Đại học Aalto giải thích: "Ý tưởng mới là sử dụng các tiền chất phân tử được tinh chỉnh để tạo ra biphenylene thay vì graphene". Mục tiêu là bây giờ sản xuất các tấm vật liệu lớn hơn để tìm hiểu rõ các đặc tính của nó trước khi cân nhắc đến việc ứng dụng trên thực tế.

HT (theo khoahoc.tv)