/cdn.vox-cdn.com/uploads/chorus_asset/file/25357666/STK259_MICROSOFT_COPILOT_2__A.png?w=180&resize=180,135&ssl=1 "LG en Samsung voegen de Copilot AI-assistent van Microsoft toe aan hun tv’s")
- Onderzoekers creëren een vorm van koolstof met een ongelooflijk oppervlak
- Hierdoor zou het materiaal meer substantie kunnen vasthouden, waaronder verschillende chemicaliën
- Hypergolische middelen worden veel gebruikt bij straalaandrijving
Onderzoekers van de Cornell University hebben een nanoporeus koolstofmateriaal ontwikkeld met het hoogste oppervlak dat ooit is gerapporteerd.
De doorbraak maakt gebruik van een chemische reactie die lijkt op de ontsteking van raketbrandstof en zou kunnen worden gebruikt om technologieën voor het opvangen van koolstofdioxide en energieopslag te verbeteren, waardoor mogelijk de volgende generatie batterijen kan worden bevorderd.
Het vergroten van de porositeit van koolstof is de sleutel tot het verbeteren van de prestaties ervan in toepassingen zoals de adsorptie van verontreinigende stoffen (waarbij verontreinigende stoffen aan het oppervlak van het materiaal blijven kleven) en energieopslag. Het nieuwe materiaal heeft een oppervlakte van 4.800 vierkante meter per gram – vergelijkbaar met de grootte van een American football-veld of elf basketbalvelden, samengeperst in één theelepel.
Een mooie toekomst voor batterijen
“Het is erg belangrijk om meer oppervlak per massa te hebben, maar je kunt op een punt komen dat er geen materiaal meer over is. Het is gewoon lucht”, zegt senior auteur Emmanuel Giannelis van de afdeling Materials Science and Engineering van Cornell Engineering. “De uitdaging is dus hoeveel van die porositeit je kunt introduceren en toch structuur overhoudt, samen met voldoende opbrengst om er iets praktisch mee te doen.”
Giannelis werkte samen met postdoctoraal onderzoeker Nikolaos Chalpes, die hypergolische reacties – hoogenergetische chemische reacties die doorgaans worden gebruikt bij de voortstuwing van raketten – aanpaste om deze koolstof te synthetiseren.
Chalpes legde uit dat ze door het proces te verfijnen een ultrahoge porositeit konden bereiken. Voorheen werden dergelijke reacties uitsluitend gebruikt in ruimtevaarttoepassingen, maar hun snelle en intense aard bleek ideaal voor het creëren van nieuwe nanostructuren.
Het proces, gedetailleerd in ACS Nanobegint met sucrose en een sjabloonmateriaal, dat de vorming van de koolstofstructuur begeleidt. In combinatie met specifieke chemicaliën produceert de hypergolische reactie koolstofbuizen die zeer reactieve vijfledige moleculaire ringen bevatten. Een daaropvolgende behandeling met kaliumhydroxide verwijdert minder stabiele structuren, waardoor een netwerk van microscopisch kleine poriën achterblijft.
De zeggen onderzoekers het materiaal absorbeert koolstofdioxide bijna twee keer zo effectief als conventionele actieve kool, waardoor 99% van zijn totale capaciteit in minder dan twee minuten wordt bereikt. Het toonde ook een volumetrische energiedichtheid aan van 60 wattuur per liter – vier keer die van commerciële alternatieven. Dit maakt het bijzonder veelbelovend voor batterijen en kleine energiecellen, waar efficiënte energieopslag in compacte ruimtes van cruciaal belang is, en opent wegen voor het ontwerpen van elektrokatalysatoren en legeringen van nanodeeltjes.
