أحدثت بطاريات الليثيوم ثورة في الأجهزة الإلكترونية المحمولة وتُستخدم في أجهزة الطاقة الجديدة ، لكن المزيد من التحسينات في الحياة والطاقة سيتطلب تقنيات جديدة. أحد الخيارات هو بطاريات الليثيوم المعدنية ، والتي تتمتع بعمر أطول للبطارية وسرعات شحن أسرع ، ولكن هناك مشاكل مع هذه التقنية. تميل رواسب الليثيوم ، التي تسمى التشعبات ، إلى النمو على الأنود ويمكن أن تشكل دائرة كهربائية قصيرة ، مما يتسبب في فشل البطارية أو نشوب حريق أو انفجار.

في الوقت الحاضر ، قام باحثون من معهد الكيمياء ، والأكاديمية الصينية للعلوم ، وجامعة الأكاديمية الصينية للعلوم ، ومركز الصين لأبحاث العلوم والتكنولوجيا بالضغط العالي بتصميم فاصل غشاء قائم على تآصل الكربون. يطلق عليه الجرافين ، والذي يعمل كمرشح أيون الليثيوم لمنع النمو الشجيري [Shangetal. المادة 10 (2018) 191-199].

تتشابه بطاريات الليثيوم المعدنية من حيث المفهوم مع بطاريات الليثيوم ، ولكنها تعتمد على أنودات الليثيوم المعدنية. أثناء عملية التفريغ ، يوفر أنود الليثيوم إلكترونات للكاثود من خلال دائرة خارجية. ومع ذلك ، عند الشحن ، يترسب الليثيوم على الأنود. في هذه العملية ، سوف تتشكل التشعبات غير المرغوب فيها.

هذه هي وظيفة الحجاب الحاجز. الفاصل الغشائي المصنوع من الجرافيت ثنائي الأسيتيلين رفيع للغاية (10 نانومتر) (أحادي الطبقة ذرة كربون سداسية بعدين متصل بواسطة سلاسل حمض السكسينيك) له قيمة عملية مهمة. لا يتميز ثنائي الأسيتيلين من الجرافيت بالمرونة والمتانة فحسب ، بل يشكِّل هيكله الكيميائي أيضًا شبكة مسام موحدة ، مما يسمح بمرور أيون ليثيوم واحد فقط. هذا ينظم حركة الأيونات عبر الغشاء ، مما يؤدي إلى انتشار موحد للغاية للأيونات. الأهم من ذلك ، أن هذه الخاصية تمنع بشكل فعال نمو تشعبات الليثيوم.

أوضح لي يوليانغ من معهد الكيمياء التابع للأكاديمية الصينية للعلوم ، والذي قاد البحث ، أن تشعبات الليثيوم يمكن أن تثبت واجهة الإلكتروليت الصلبة ، وبالتالي إطالة عمر الجهاز وقوة كولوم. منع ماس كهربائى على شكل شجرة والوصول إلى البطارية بأمان.

يعتقد الباحثون أن أفلام الجرافين-دايثين يمكنها التغلب على بعض المشاكل الشائكة التي تواجه بطاريات الليثيوم والبطاريات المعدنية القلوية الأخرى.

قال لي إن ثنائي الأسيتيلين الغرافيتي عبارة عن مادة جامدة ذات هيكل شديد الاقتران ، وفجوة نطاق متأصلة ، وهيكل طبيعي كبير يسهل اختراقه ووظيفة أشباه الموصلات. يوفر آفاقًا ضخمة لحل المشكلات العلمية الرئيسية في هذا المجال.

البيانات ثنائية الأبعاد هي أيضًا بسيطة جدًا ، ومن السهل الحصول عليها في ظل ظروف المختبر العامة.

أخبر الباحثون المراسلين أنه على الرغم من الحاجة إلى مزيد من العمل لتحسين جودة أفلام الجرافيت ثنائي الأسيتيلين على نطاق واسع ، فإننا نعتقد أن الجرافيت ثنائي الأسيتيلين قد يكون له تأثير خطير على سلامة بطاريات الليثيوم.