Compresibilidad del grafeno de acebo seco

artículo publicado en cuentas de investigación química Informar los resultados básicos sobre la compresibilidad en seco del grafeno Holly junto con análisis mecánicos utilizando modelos atómicos que racionalizan esta característica del grafeno Holly.

estancia: Electrodos presurizados secos escalables basados ​​en Holey Graphene. Haber de imagen: Rost9/Shutterstock.com

El grafeno perforado pertenece a una clase de derivados estructurales del grafeno, que contiene conjuntos de orificios de espesor cruzado con diámetros a nanoescala dispersos esporádicamente por las superficies de la nanolámina de grafeno.

¿Por qué es tan popular el grafeno?

El grafeno es un material revolucionario que tiene el potencial de desarrollar nuevas industrias y reemplazar materiales y tecnologías existentes.

A pesar de tener una sola capa atómica con un espesor, el grafeno es químicamente estable, mucho más fuerte que el acero, tiene una gran superficie específica y exhibe una excelente conductividad térmica y eléctrica.

Los avances en la investigación del grafeno están teniendo un gran impacto en los campos del transporte, la atención médica, la electrónica y el almacenamiento de energía.

Preparación de grafeno

Se pueden producir láminas de grafeno de espesor ordenado y gran ancho utilizando técnicas de deposición química de vapor (CVD) y exfoliación mecánica.

Para usos que requieren grandes cantidades de materiales, como electrodos de batería y rellenos compuestos, el grafeno generalmente se produce sometiendo el grafito natural a una exfoliación oxidativa. Este proceso genera óxido de grafeno (GO), que luego se convierte en grafeno por reducción térmica o química.

Los defectos superficiales son comunes en el grafeno derivado de GO, que no es un defecto porque estos defectos superficiales pueden crear posibilidades para futuras transformaciones químicas.

La función de la hoja de grafeno generalmente significa la adición de una parte orgánica y materiales inorgánicos o dopaje heterogéneo.

¿Qué es el Grafeno Holey?

Holly graphene es una alternativa estructural al grafeno. Para hacer grafeno Holly, se eliminan grupos de átomos de carbono de la superficie de la hoja de grafeno en lugar de agregar más grietas o partículas. Esto crea una disposición de agujeros al tiempo que conserva la estructura bidimensional del grafeno Holly.

A primera vista, podría parecer que los agujeros hacen que la hoja de grafeno sea más «defectuosa». Esto no es necesariamente cierto, ya que los agujeros son creados por regiones defectuosas que son inherentes al material de grafeno original.

Si el mecanismo de formación de agujeros es lo suficientemente ligero, la estructura de carbono restante conserva sus propiedades grafíticas, como lo indican las diferencias insignificantes en las observaciones experimentales de las propiedades mecánicas y eléctricas del grafeno.

Ventajas de Holly Graphene

La presencia de nanoagujeros en la gran región lateral de las láminas de grafeno 2D Holly da como resultado funciones únicas.

Un buen ejemplo es la transferencia de masa mejorada a través del espesor y, por lo tanto, la mayor accesibilidad del área de superficie de grafeno en pilas de nanoláminas.

Esta propiedad es particularmente útil en los sistemas de almacenamiento de energía, donde el grafeno acebo se usa como material de electrodo mientras que los agujeros sirven como pasajes fáciles para varios iones y moléculas electrolíticas.

Debe haber una comprensión clara de la diferencia entre los agujeros en las láminas de grafeno y los poros tradicionalmente descritos en nanoestructuras de carbono y ensamblajes de grafeno altamente porosos.

Los agujeros están inherentemente presentes en la estructura de la nanolámina de grafeno 2D, mientras que los poros son huecos y vacíos entre las superficies de grafito adyacentes.

Un sucesor natural del grafeno en aplicaciones de almacenamiento de energía

El grafeno es un componente conductor muy atractivo en electrodos para muchas aplicaciones de almacenamiento de energía.

Dado que el grafeno de acebo es una variante estructural del grafeno con propiedades superiores, naturalmente se ha convertido en una alternativa más compleja al grafeno en estas aplicaciones.

Sentencia sobre Holly Graffin

Al ser un derivado estructural del grafeno, el grafeno de acebo exhibe un patrón pesado que da como resultado una elevación del defecto insignificante pero propiedades muy mejoradas, particularmente con respecto a la transferencia de masa a través de la placa.

Esta propiedad está estrechamente relacionada con las aplicaciones de almacenamiento de energía, donde la reducción de la aberración iónica mejora significativamente el rendimiento.

La naturaleza porosa del grafeno seco hace posible comprimir el polvo seco en estructuras compuestas o piedras monolíticas incrustadas con rellenos electroquímicamente activos que pueden usarse directamente como electrodos de batería o supercondensadores.

El uso de tecnología de presión seca, libre de aglutinantes y solventes, con grafeno de acebo permite la fácil producción de electrodos con las altas cargas y capacitancias necesarias para su uso en sistemas prácticos de baterías.

Por el contrario, el método tradicional de producción de electrodos basado en suspensión requiere mucho tiempo y puede causar problemas ambientales, así como dificultades significativas para optimizar la carga de masa del material activo.

En la mayoría de los casos, el grafeno de acebo actúa como andamio estructural con cualidades aglutinantes en electrodos comprimidos y como aditivo conductor.

Con los procesos de fabricación escalables disponibles, el grafeno Holly podría ser una opción de material de carbono muy atractiva para los posibles electrodos de batería con alta densidad de energía, proporcionando beneficios en la fabricación además del rendimiento.

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referencia

Lynn, Y, Plaza Riviera, Co., Ho, L. y Connell, JW (2022). Electrodos presurizados secos escalables basados ​​en Holey Graphene. cuentas de investigación química. Disponible en: https://doi.org/10.1021/acs.accounts.2c00457

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