Zweidimensionale Kohlenstoff-Netzwerke
Graphdiin als funktionelles Speichermaterial für Lithium-Ionen
Lithiumionen-Akkus enthalten in der Regel eine Anode aus graphitischem Kohlenstoff. Wissenschaftler haben jetzt das Nano-Kohlenstoffgewebe Graphdiin, ein neuartiges zweidimensionales Kohlenstoffnetzwerk, auf seine Eignung für Batterien untersucht. Graphdiin ist genauso flach und dünn wie die atomlagendünne Graphitvariante Graphen, ist aber poröser und lässt sich elektronisch anpassen. In der Zeitschrift Angewandte Chemie beschreiben die Forscher eine einfache Synthese von modifiziertem Graphdiin aus maßgeschneiderten molekularen Vorstufen.
© Wiley-VCH
Das häufigste Anodenmaterial in Lithiumionen-Akkus ist Kohlenstoff. Durch seine Schichtstruktur können Lithiumionen während der Lade-Entlade-Zyklen in die Zwischenräume der Schichten eindringen und wieder heraustreten, sein zweidimensionales hexagonales Kristallgitter leitet sehr gut Strom, und sein stabiles, poröses Netzwerk sorgt für ein effizientes Eindringen des Elektrolyten. Schwierig ist allerdings eine genaue Abstimmung von strukturellen und elektrochemischen Eigenschaften, da der Fertigungsprozess aus polymeren Kohlenstoffmaterialien nicht sehr zielgenau abläuft.
Im hybriden zweidimensionalen Kohlenstoffnetzwerk von Graphdiin verbrücken jeweils zwei Acetyleneinheiten (das „Diin“ im Namen) hexagonale Kohlenstoffringe. Graphdiin wurde als Trennmembran für Isotope oder Helium vorgeschlagen. Aufgrund seiner ausgeprägten elektronischen Eigenschaften und seiner netzartigen Struktur sollte es sich jedoch auch für elektrochemische Anwendungen eignen. Changshui Huang von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in Peking und seine Kollegen untersuchten die Speicherfähigkeit für Lithium und die elektrochemischen Eigenschaften von maßgeschneidertem, elektronisch angepassten Graphdiin.
Für die Synthese des modifizierten Graphdiins trugen die Wissenschaftler molekulare Vorstufen auf eine Kupferfolie auf, wo sich durch Selbstorganisation geordnete geschichtete Nanostrukturen aus Graphdiin herausbildeten. Funktionelles Graphdiin stellten die Forscher aus Vorstufen her, die funktionelle Gruppen mit interessanten elektronischen Eigenschaften enthielten.
Wurden dabei elektronenziehende Gruppen eingesetzt, verengte sich die Bandlücke von Graphdiin und die Leitfähigkeit erhöhte sich, berichteten die Autoren. Besonders effektiv war dabei die Cyanogruppe. Cyanmodifiziertes Graphdiin wies als Anodenmaterial ausgezeichnete Speicherkapazität für Lithium aus und blieb nach Angabe der Autoren Tausende von Lade-Entlade-Zyklen stabil.
Wurde das Graphdiin hingegen mit einer sperrigen funktionellen Gruppe (Methylgruppe) ausgestattet, die in das Graphdiinnetzwerk Elektronen hineindrückte, vergrößerte sich offenbar der Abstand der Schichten und das brüchigere Material vertrug nur wenige Lade- und Entladezyklen. Die Autoren verglichen die beiden modifizierten Graphdiinvarianten auch mit einer „leeren“ Version, bei der nur Wasserstoff die Position der funktionellen Gruppen im Netzwerk besetzte.
Mit ihrem Syntheseverfahren für Graphdiin aus modifizierbaren Vorstufen lassen sich sehr gut funktionelle zweidimensionale Architekturen für Batterien, Kondensatoren und andere elektrokatalytische Bauteile fertigen, glauben die Autoren.
Originalveröffentlichung
Weitere News aus dem Ressort Wissenschaft
![[Fe]-Hydrogenase-Katalyse mittels Parawasserstoff-verstärkter Kernmagnetresonanzspektroskopie sichtbar gemacht](https://img.chemie.de/Portal/News/675fd46b9b54f_sBuG8s4sS.png?tr=w-712,h-534,cm-extract,x-0,y-16:n-xl)
Diese Produkte könnten Sie interessieren
Battery Testing Services von Battery Dynamics
Erfahren Sie mehr über die Leistungsfähigkeit und Lebensdauer Ihrer Batteriezellen in kürzerer Zeit
Profitieren Sie von moderner Messtechnik und einem erfahrenen Team
Batt-TDS von ystral
YSTRAL Batt-TDS Misch- und Dispergiermaschine
Boosten Sie Ihren Batterie-Slurry-Prozess
Holen Sie sich die Chemie-Branche in Ihren Posteingang
Ab sofort nichts mehr verpassen: Unser Newsletter für die chemische Industrie, Analytik, Labor und Prozess bringt Sie jeden Dienstag und Donnerstag auf den neuesten Stand. Aktuelle Branchen-News, Produkt-Highlights und Innovationen - kompakt und verständlich in Ihrem Posteingang. Von uns recherchiert, damit Sie es nicht tun müssen.
Meistgelesene News
Weitere News von unseren anderen Portalen
Verwandte Inhalte finden Sie in den Themenwelten
Themenwelt Batterietechnik
Die Themenwelt Batterietechnik bündelt relevantes Wissen in einzigartiger Weise. Hier finden Sie alles über Anbieter und deren Produkte, Webinare, Whitepaper, Kataloge und Broschüren.
Themenwelt Batterietechnik
Die Themenwelt Batterietechnik bündelt relevantes Wissen in einzigartiger Weise. Hier finden Sie alles über Anbieter und deren Produkte, Webinare, Whitepaper, Kataloge und Broschüren.
Themenwelt Synthese
Die chemische Synthese steht im Zentrum der modernen Chemie und ermöglicht die gezielte Herstellung von Molekülen mit spezifischen Eigenschaften. Durch das Zusammenführen von Ausgangsstoffen in definierten Reaktionsbedingungen können Chemiker eine breite Palette von Verbindungen erstellen, von einfachen Molekülen bis hin zu komplexen Wirkstoffen.
Themenwelt Synthese
Die chemische Synthese steht im Zentrum der modernen Chemie und ermöglicht die gezielte Herstellung von Molekülen mit spezifischen Eigenschaften. Durch das Zusammenführen von Ausgangsstoffen in definierten Reaktionsbedingungen können Chemiker eine breite Palette von Verbindungen erstellen, von einfachen Molekülen bis hin zu komplexen Wirkstoffen.
