Wetenschappers hebben een nieuw type koolstof gemaakt dat de batterijen in onze telefoons zou kunnen maken, tabletcomputers en laptops veiliger, krachtiger, sneller op te laden en gaat langer mee.

Een internationaal team van onderzoekers, geleid door Lancaster University en Jilin University in China, hebben de eerste organisch gesynthetiseerde poreuze koolstof aangekondigd, genaamd OSPC-1, in het journaal Angewandte Chemie .

Deze nieuwe koolstof vertoont een uitzonderlijk potentieel als materiaal voor anodes in lithium-ionbatterijen - het type batterijen dat miljoenen apparaten van stroom voorziet, zoals mobiele telefoons, laptops, elektrisch gereedschap, maar ook worden gebruikt in grotere complexe situaties, zoals ruimtesatellieten, commerciële vliegtuigen en elektrische auto's.

Het industriestandaardmateriaal dat wordt gebruikt voor anodes in lithium-ionbatterijen is een vorm van koolstof die grafiet wordt genoemd. De wetenschappers vergeleken de prestaties van OSPC-1 met grafiet en ontdekten dat OSPC-1 meer dan twee keer zoveel lithiumionen kan opslaan, en dus macht, als grafiet met dezelfde gemiddelde laadsnelheid.

In aanvulling, OSPC-1 kan lithiumionen meer dan twee keer zo snel opslaan als grafiet, wat betekent dat de laadsnelheden twee keer zo snel kunnen zijn. Ontlaadsnelheden kunnen ook enorm worden verbeterd met OSPC-1, wat betekent dat het ook kan worden gebruikt voor meer energieverslindende toepassingen.

uniek, OSPC-1 is gemaakt op moleculair niveau met behulp van een complexe techniek genaamd 'Eglinton homocoupling'. Dit omvat het verwijderen van silicium uit koolstof-siliciumgroepen om koolstof-koolstofverbindingen te produceren. De resulterende structuur is amorf, zeer stabiel, en, cruciaal, zeer geleidend.

Een ander groot voordeel van OSPC-1 is de veiligheid. Het vormt geen dendrieten. Dit zijn lithiummetaalvezels die zich kunnen vormen wanneer lithium vast komt te zitten op het oppervlak van grafiet. Als de dendrieten zich ophopen en naar de kathode reiken, kunnen ze lithium-ionbatterijen kortsluiten en ervoor zorgen dat ze in vlammen ontploffen.

OSPC-1 lijkt ook veel duurzamer te zijn dan grafiet. Het team van wetenschappers testte het meer dan 100 laad- en ontlaadcycli en er waren geen tekenen van verslechtering. Grafiet zet uit en krimpt elke keer dat het wordt opgeladen en ontladen, waardoor het vatbaar is voor scheuren. De open-framework structuur van OSPC-1 betekent dat het minder broos is en niet zo gevoelig voor deze zwakheden.

Echter, grafiet is de industriestandaard omdat het erg goedkoop te produceren en gemakkelijk verkrijgbaar is. De onderzoekers erkennen dat OSPC-1 duurder zou zijn om te produceren, althans aanvankelijk. Daarom, de onderzoekers geloven dat de meest waarschijnlijke vroege toepassingen zouden zijn voor situaties waarin veiligheid de belangrijkste overweging is, zoals in ruimtesatellieten en vliegtuigen.

Dr. Abbie Trewin van Lancaster University, co-hoofdauteur van de studie, zei:"Ons team heeft een geheel nieuwe methode gebruikt om de enige poreuze koolstof te produceren die op moleculair niveau is ontworpen.

"Dit nieuwe materiaal, OSPC-1, is een veelbelovend anodemateriaal voor lithium-ionbatterijen met een hoge lithiumcapaciteit, een indrukwekkend laad- en ontlaadvermogen, potentieel voor een lange levensduur, en voor aanzienlijk verbeterde veiligheidsprestaties.

"Wij geloven dat OSPC-1 een groot potentieel heeft in die situaties waarin falen kan leiden tot verlies van mensenlevens, of het verlies van zeer dure apparatuur in het geval van satellieten."

De methode die door het team van onderzoekers wordt gebruikt, kan worden uitgebreid naar andere 3D-koolstofmaterialen, en de creatie van een nieuwe familie van poreuze koolstofmaterialen konden zien, die voordelen zouden kunnen zien voor energieopslag, elektronische apparaten, katalyse, gasopslag, en gasscheidingstechnologieën.

De bevindingen worden gerapporteerd in het artikel 'A 3-D Organically Synthesized Porous Carbon'.