Ända sedan upptäckten 2004 har grafen revolutionerat området för materialvetenskap och vidare. Grafen består av tvådimensionella ark av kolatomer, bundna till en tunn hexagonal form med en tjocklek av ett atomskikt. Detta ger den anmärkningsvärda fysikaliska och kemiska egenskaper.
Trots sin tunnhet är grafen otroligt stark, lätt, flexibel och transparent. Den uppvisar också extraordinär elektrisk och termisk ledningsförmåga, stor ytarea och ogenomtränglighet för gaser. Från höghastighetstransistorer till biosensorer, den har en oöverträffad mångsidighet i applikationer.
Nanocellulärt grafen (NCG) är en specialiserad form av grafen som uppnår en stor specifik yta genom att stapla flera lager av grafen och kontrollera dess interna struktur med en cellulär morfologi i nanoskala.
NCG är eftertraktat för sin potential att förbättra prestandan hos elektroniska enheter, energienheter och sensorer. Men dess utveckling har hindrats av defekter som uppstår under tillverkningsprocessen. Sprickor uppstår ofta när NCG bildas, och forskare letar efter ny bearbetningsteknik som kan tillverka homogena, sprickfria och sömlösa NCG i lämplig skala.
"Vi upptäckte att kolatomer snabbt självbildas till sprickfri NCG under flytande metallavlegering av en amorf Mn-C-prekursor i en smält vismut", säger Won-Young Park, doktorand vid Tohoku University.
Resultaten publiceras i tidskriften Advanced Materials .
Avlegering är en bearbetningsteknik som utnyttjar den varierande blandbarheten hos legeringskomponenter i ett smält metallbad. Denna process korroderar selektivt vissa komponenter i legeringen samtidigt som andra bevaras.
Park och hans kollegor visade att NCG utvecklade med denna metod uppvisade hög draghållfasthet och hög konduktivitet efter grafitisering. Dessutom testade de materialet i ett natriumjonbatteri (SIB).
"Vi använde den utvecklade NCG som en aktiv material- och strömavtagare i en SIB, där den visade hög hastighet, lång livslängd och utmärkt deformationsbeständighet. I slutändan kommer vår metod att göra sprickfri NCG att göra det möjligt att höja prestandan och flexibilitet hos SIB:er – en alternativ teknik till litiumjonbatterier för vissa applikationer, särskilt i storskalig energilagring och stationära kraftsystem där kostnads-, säkerhets- och hållbarhetsöverväganden är av största vikt."
Mer information: Wong-Young Park et al, Mekaniskt robust självorganiserad sprickfri nanocellulär grafen med enastående elektrokemiska egenskaper i natriumjonbatteri, avancerat material (2024). DOI:10.1002/adma.202311792
Journalinformation: Avancerat material
Tillhandahålls av Tohoku University
