Forskare har skapat en ny typ av kol som kan göra batterierna i våra telefoner, surfplattor och bärbara datorer säkrare, kraftfullare, snabbare att ladda och håller längre.

Ett internationellt team av forskare, leds av Lancaster University och Jilin University i Kina, har tillkännagett det första organiskt syntetiserade porösa kolet, kallas OSPC-1, i journalen Angewandte Chemie .

Detta nya kol visar en exceptionell potential som material för anoder i litiumjonbatterier - den typ av batterier som driver miljontals enheter som mobiltelefoner, bärbara datorer, elverktyg, samt användas i större komplexa situationer, som rymdsatelliter, kommersiella flygplan och elbilar.

Industristandardmaterialet som används för anoder i litiumjonbatterier är en form av kol som kallas grafit. Forskarna jämförde prestanda hos OSPC-1 med grafit och upptäckte att OSPC-1 kan lagra mer än dubbelt så många litiumjoner, och därför makt, som grafit vid samma laddningshastighet i mellanklassen.

Dessutom, OSPC-1 kan lagra litiumjoner i mer än dubbelt så hög hastighet som grafit, vilket innebär att laddningshastigheterna kan vara dubbelt så höga. Urladdningshastigheter kan också förbättras avsevärt med OSPC-1, vilket innebär att den också kan användas för att driva mer energikrävande applikationer.

Unikt, OSPC-1 har skapats på molekylär nivå med hjälp av en komplex teknik som kallas "Eglinton homocoupling". Detta innebär att man tar bort kisel från kol-kiselgrupper för att producera kol till kol-länkar. Den resulterande strukturen är amorf, mycket stabil, och, avgörande, mycket ledande.

En annan stor fördel med OSPC-1 är dess säkerhet. Det bildar inte dendriter. Dessa är litiummetallfibrer som kan bildas när litium fastnar på grafitens yta. Om dendriterna byggs upp och når över till katoden kan de kortsluta litiumjonbatterier och få dem att explodera i lågor.

OSPC-1 verkar också vara mycket mer hållbar än grafit. Teamet av forskare testade den över 100 laddnings- och urladdningscykler och det fanns inga tecken på försämring. Grafit expanderar och drar ihop sig varje gång den laddas och töms, vilket gör det känsligt för sprickbildning. Den öppna ramstrukturen hos OSPC-1 betyder att den är mindre skör och inte lika utsatt för dessa svagheter.

Dock, grafit är industristandarden eftersom det är mycket billigt att tillverka och lätt att få tag på. Forskarna erkänner att OSPC-1 skulle vara dyrare att producera, åtminstone initialt. Därför, forskarna tror att de mest troliga tidiga tillämpningarna skulle vara för situationer där säkerheten är det viktigaste - som inom rymdsatelliter och flygplan.

Lancaster Universitys Dr Abbie Trewin, medförfattare till studien, sa:"Vårt team har använt en helt ny metod för att producera det enda porösa kolet designat på molekylär nivå.

"Detta nya material, OSPC-1, är ett mycket lovande anodmaterial för litiumjonbatterier med hög litiumkapacitet, en imponerande kapacitet för laddning och urladdning, potential för en lång livslängd, och för avsevärt förbättrad säkerhetsprestanda.

"Vi tror att OSPC-1 har stor potential i de situationer där ett misslyckande kan leda till förlust av liv, eller förlusten av mycket dyr utrustning när det gäller satelliter."

Metoden som används av forskargruppen har potential att utvidgas till andra 3D-kolmaterial, och kunde se skapandet av en ny familj av porösa kolmaterial, som kan se fördelar för energilagring, elektroniska apparater, katalys, gaslagring, och gasseparationstekniker.

Resultaten rapporteras i artikeln "A 3-D Organically Synthesized Porous Carbon".