Nieuwe koolstofvorm is sterk én elastisch

Glaskoolstof levert nieuw koolstofmateriaal op

Zo ziet het er ongeveer uit: diamantachtige bindingen (rood) gecombineerd met grafietachtige (zwart) (afb:Timothy Strobel

Koolstof is een opmerkelijk element, dat in staat is allerlei bindingen aan te gaan. Zo zijn er welhaast oneindig veel organische verbindingen, verbindingen waarbij koolstof het hoofdbestanddeel vormt, maar ook als koolstof alleen opereert kent dit element diverse verschijningsvormen. Zo kennen we het keiharde diamant, maar ook het zachte grafiet. Grafeen en fullerenen zijn relatief nieuwe (nieuw ontdekte) vormen van koolstof en lijkt het er op of aan dat rijtje een nieuw lid kan worden toegevoegd: die vorm is uiterst sterk, licht, maar ook elastisch en elektrisch geleidend. Die biedt uitzicht op een breed spectrum aan toepassingen, al zal de prijs van de ‘glaskoolstof’ niet mild zijn.. Lees verder

Maak van kooldioxide nuttig koolmonoxide

grafeendipyridinereniumcomplex zet kooldioxide om in koolmonoxide

Het nanografeen (zwart) zorgt voor de energie, renium katalyseert de reactie van kooldioxide naar koolmonoxide. Zonder nanografeen (links) werkt dat niet (afb: JACS)

We krijgen nog heel wat te stellen met het terugdringen van de kooldioxide-concentratie in de atmosfeer. Er zijn al vele ideeën gelanceerd om kooldioxide weg te vangen en op te slaan of om er iets nuttigs mee te doen. Liang-shi Li van de universiteit van Indiana (VS) en een internationale groep van wetenschappers hebben nu een proces bedacht waarmee kooldioixide wordt omgezet in koolmonoxide. Die stof kan dan weer worden omgezet in andere producten of gebruikt worden als brandstof. Ze maakten daarbij gebruik van een nanografeencomplex dat licht absorbeert dat de energie levert voor de omzetting. Lees verder

Grafiet de nieuwe supergeleider?

Hogetemperatuursupergeleiders

In de jaren ’80 maakte de kritische temperatuur waar beneden supergeleiding heerst een ‘sprong’. Nu zou er dan grafiet zijn

Al tijden denken onderzoekers dat het doodgewone grafiet, dat ook in potloden wordt gebruikt, potentie heeft om supergeleiding te vertonen bij temperaturen ruim boven de kamertem-peratuur: 350 K (77°C). In theorie schijnt het te kunnen, maar nu zou die veronderstelling een wetenschappelijke bodem hebben gekregen (pdf-bestand). Ik moet het nog zien, want waarom zou die hoedanigheid niet allang zijn aangetoond? Grafiet is niet bepaald een exotisch materiaal. De onderzoekers stellen dat, opvallend genoeg, de hoge overgangstemperatuur de ontdekking heeft vertraagd.
Lees verder

Grotere energiedichtheid in Li-batterijen met siliciumpolen

Lithiumionbatterij

In een lithiumionbatterij doe ‘pendelende’ lithiumionen het werk

Ik zeg het nog maar eens, maar iedereen weet dat, hoop ik wel: lithiumionbatterijen zijn momenteel de standaard-energievoorzieners in allerlei mobiele toepassingen, maar aan li-batterijen valt nog een hoop te verbeteren. Grote ‘steen des aanstoots’  en zwak punt zijn de koolstofstofelektroden (-polen). Door constante krimp en uitzetting tijdens het laden en ontladen beperken die grafietelektroden de levensduur aanzienlijk. Er wordt al lang gewerkt aan alternatieve materialen voor de polen, maar dé oplossing schijnt nog steeds niet gevonden te zijn. Nu beweren onderzoekers rond Zhongwei Chen van de universiteit van Waterloo (Can) dat ze een goedkope lithiumionbatterij kunnen maken met siliciumanodes met een 40 tot 60% hogere energiedichtheid en een langere levensduur. Lees verder

Lichte lithium-accu herbergt twee keer zoveel energie

Lichte accu's Bosch

De ‘wonder-accu’s’ van Bosch (afb: Bosch)

Duitsland wil dat in 2020 daar zo’n miljoen elektrische auto’s rijden. Dat zijn er nu 27 000, dus er moet wel wat gebeuren. Een van de beperkende factoren bij een wijdere verspreiding van de E-auto is de accu: te zwaar en te weinig ‘pit’. Het Duitse bedrijf Bosch zou een lithium-accu in huis hebben, die, bij eenzelfde gewicht als de concurrente, dubbel zo veel energie kan opslaan. Met die nieuwe lithium-accu’s zou de E-auto een actieradius van 300 km krijgen (zou nu 150 km zijn). Dat zou het bedrijf gelukt zijn door niet langer grafiet als anodemateriaal te gebruiken, maar pure lithium.  Lees verder

‘Supersnelle’ en veilige aluminiumbatterij ontwikkeld

Aluminium-batterij

De wonderbaarlijke aluminium-batterij in het lab

Lithiumbatterijen zijn op het moment de bovenkant van het opslagdomein, maar wellicht gaat aluminium ‘roet’ in het lithiumeten gooien. Onderzoekers uit China, Taiwan en de VS hebben een aluminiumbatterij ontwikkeld met aluminium als smaakmakend bestanddeel, dat uiterst snel is op te laden (in 1 minuut, is het verhaal) en niet in de fik zou kunnen vliegen, zoals bij lithiumbatterijen nog wel eens gebeurt. “We hebben een oplaadbare aluminiumbatterij ontwikkeld, die de plaats zou kunnen innemen van bestaande lithium-ionbatterijen”, zegt onderzoekers Hongjie Dai van de Amerikaande Stanford-universiteit. “Onze batterij brandt niet, zelfs al boor je er een gat in.”
Lees verder

Vijfhoekig grafeen een grote belofte (?)

Pentagrafeen, vijfhoekig grafeen

Pentagrafeen bestaat voorlopig alleen nog in de computer (afb: VCU)

Koolstof blijft verbazen. Als element komt het in diverse verschijningsvormen voor: grafiet, diamant, fullerenen, nanobuisjes en grafeen. Er blijkt nu weer een nieuwe vorm te bestaan, of althans in theorie: vijfhoekig grafeen oftewel pentagrafeen. Het materiaal zou diverse opmerkelijke eigenschappen hebben. Zo is het vijfhoekige grafeen een halfgeleider, waar grafeen een geleider is en het zou mechanisch ook nog eens erg sterk zijn. De studie werd uitgevoerd door Chinese, Japanse en Amerikaanse onderzoekers. Klein probleem is dat het materiaal nog gemaakt moet worden. Lees verder

Singaporese batterij laadt supersnel op

Xiaodong Chen (NTU)

Xiaodong Chen toont zijn ‘razendsnelle’ batterijen (foto: NTU)

Onderzoekers van de technische universiteit van Nanyang zeggen een Li-ion-batterij ontwikkeld te hebben, die binnen twee minuten op 70% van zijn totale vermogen is op te laden. Het ding zou ook meer dan 20 jaar mee gaan. De truc schijnt te zijn dat de onderzoekers rond Xiaodong Chen een roermethode hebben gevonden om lange nanobuisjes van TiO2 te maken die, toegepast in de anode, de lithumbatterij haar superieure eigenschappen zou geven. Lees verder

Lithiumelektrode verdrievoudigt capaciteit Li-batterij

Lithium-anode

Een met koolstof bedekte elektrode van lithium moet li-batterijen met hoge capaciteit opleveren (onder. Die truc is al eerder geprobeerd, maar dat mislukte (bovenste reeks).


Er wordt een hoop onderzoek gedaan naar het verbeteren van lithiumbatterijen. Dat onderzoek gaat vooral de richting op van het verbeteren van de elektroden van de li-batterijen door die, plat gezegd, poreus te maken. De favoriete elektrode (anode) is van silicium, maar de elektroden in een lithiumbatterijen dijen uit en krimpen in naar gelang het lithium die elektrode verlaat of opzoekt bij de laad/ontlaadcycli. Dat beperkt de levensduur van de batterijen en is ook nog eens onvoordelig voor de capaciteit van de lithium-batterijen. Een anode van lithium zou helemaal top zijn, maar dat is in de praktijk nogal lastig. Het lijkt er op dat onderzoekers van de Stanford-universiteit dat voor elkaar hebben gekregen. Daarmee zou de capaciteit van lithiumbatterijen minstens verdrievoudigen. Na 150 laad/ontlaadcycli heeft die batterij nog 99% over van zijn oorspronkelijke capaciteit. Nog niet helemaal de 99,9% die die zou moeten hebben. Lees verder

Rijstkaf kan leven lithiumbatterijen verlengen

Lithiumbatterijen zijn populair vanwege hun lage gewicht en  grote energiedichtheid, maar er valt nog wel wat aan te verbeteren. De elektroden van de batterijen bestaan uit grafiet (een vorm van koolstof), maar door de steeds herhaalde cycli van laden en ontladen vallen die elektroden op den duur uit elkaar, omdat die laadcycli gepaard gaan met het zwellen en krimpen van de elektroden als gevolg van de ‘mobiliteit’ van het lithium-ion.
Silicium zou een goede vervanger zijn van grafiet, omdat een batterij met siliciumelektroden 10 keer meer lading kan bevatten dan met grafiet. Het probleem is alleen dat silicium nog sneller uit elkaar valt door krimpen en uitzetten dan grafiet.
Er lijkt een uitweg te zijn: rijstkaf (de velletjes rond de rijstkorrel). Dat kaf is rijk aan siliciumoxide (silica). Volgens  Jang Wook Choi van het Koreaans Instituut voor wetenschap en technologie  in Daejeon zouden gaatjes in het kafje, bedoeld om lucht door te laten, er voor kunnen zorgen dat het daaruit gewonnen silicium poreus wordt. In die poriën is dan plaats voor de lithium-ionen/-atomen, zodat de elektrode door laden en ontladen niet steeds opzwelt en inkrimpt.
Om te kijken of dat idee ook werkt heeft Choi silica uit kaf (silica is siliciumdioxide oftewel zand) omgezet in puur silicium en daarvan elektroden voor batterijen gemaakt. Na 200 laad-/ontlaad-cycli bleek de batterij niet achteruit te zijn gegaan. Normaal gaat het bij een batterij met op de klassieke wijze geproduceerd silicium na 10 tot 15 cycli al bergafwaarts. Of de poreuze kafelektroden ook daadwerkelijk zullen worden toegepast is afhankelijk van de uiteindelijke kosten in vergelijking met die van grafiet-lithiumbatterijen. Het is al  bewezen dat siliciumelektroden met kunstmatige nanostructuur werken. Dan kunnen we maar beter de ‘natuurlijke’ route nemen, denkt Choi.

Bron: New Scientist