Sciencemag.cz
Doporučujeme
Variant uhlíku je opravdu nepřeberně.
Anoda běžných Li-Ion baterií je tvořena grafitem. Je možné, že výhodnější vlastnosti by však v této roli mohl mít jiný uhlíkový materiál, síť z modifikace zvané graphdiyne (česky to snad ani žádný ekvivalent ještě nemá, grafdiyn, řekněme).
Vedle nejznámějšího grafenu totiž existují i další verze dvojdimenzionálního uhlíku.
Grafen je prostě tvořen jednotkou uhlíkových šestiúhelníků. Graphyn (grafyn) obsahuje také šestiúhelníky nikoliv ale sdílející stěny (strany) jako u grafenu či naftalenu atd., ale mezi jednotlivé šestiúhelníky spojují dvouatomové uhlíkové můstky (de facto zbytek z acetylenu; dva uhlíky propojené trojnou vazbou). Grafdiyn pak mezi šestiúhelníky obsahuje dva acetylenové zbytky (proto to „di“; celkem 4 atomy uhlíku). Oproti grafenu je grafdiyn měkčí. Poprvé byl syntetizován v roce 2010.
(V češtině viz např.: Aneta Smýkalová: Vlastnosti uhlíku z HTC procesu, diplomová práce Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava, 2018 – online PDF)
Grafdiyn byl původně navržen jako membrána s miniaturními otvory, která od sebe např. umožňuje separovat různé izotopy dalších prvků. Changshui Huang z Čínské akademie věd s kolegy ale nyní přišli s tím, že by grafdiyn, eventuálně jeho další deriváty, v podobě porézní sítě dokáže lépe ukládat ionty lithia než grafit, a mohl by tak zefektivnit fungování baterií. Uvažuje se i o využití této modifikace v dalších elektrochemických aplikacích.
Novinku je rovněž návrh způsobu přípravy grafdiynu „zdola nahoru“. Až dosud se vyráběl opačně, z polymerní uhlíkové hmoty, a při postupu „shora dolů“ vznikal materiál obsahující řadu defektů. Nová metoda počítá se syntézou z prekurzorů uhlíku na měděné fólii (podobně se často vyrábí i grafen, depozicí par na mědi). Navíc lze takto skládat i deriváty grafdiynu s dalšími funkčními skupinami, které materiálu dají různé vlastnosti. Některé další skupiny přitahující elektrony snižují šířku zakázaného pásu a tím mění vodivost. Kyanidová skupina přidaná do grafdiynu zase zvyšuje jeho schopnost vázat ionty lithia, takže z této varianty by mohla být ideální baterie – navíc pokusy ukázaly, že materiál vydrží i tisíce nabíjecích cyklů.
Objemné skupiny a skupiny, které naopak dodávají elektrony, způsobily zvětšení rozestupu mezi vrstvami, což změnilo mechanické vlastnosti materiálu. Anoda se pak rozpadla už po několika nabíjecích cyklech, nicméně tato verze grafdiynu by se mohla uplatnit zase v jiných aplikacích. Při metodě přípravy zdola nahoru je možností upravovat vlastnosti materiálu na míru spousta.
Chipeng Xie et al. Tuning the Properties of Graphdiyne by Introducing Electron‐Withdrawing/Donating Groups, Angewandte Chemie International Edition (2020). DOI: 10.1002/anie.202004454
Zdroj: Wiley/Phys.org a další
Poznámka PH: Chápu-li dobře, v elektrodě půjde o obdobu grafitu, čili nikoliv 2D materiál, ale prostě vrstvy na sobě. I když grafdiyn existuje i ve 2D versi.
