Литиевите батерии направиха революция в мобилните електронни устройства и се използват в нови енергийни устройства, но по-нататъшните подобрения в живота и мощността ще изискват нови технологии. Една от възможностите са литиево-металните батерии, които имат по-дълъг живот на батерията и по-бързи скорости на зареждане, но има проблеми с тази технология. Литиевите отлагания, наречени дендрити, са склонни да растат върху анода и могат да образуват късо съединение, причинявайки повреда на батерията, пожар или експлозия.

В момента изследователи от Института по химия, Китайската академия на науките, Университета на Китайската академия на науките и Китайския изследователски център за високо налягане за наука и технологии са проектирали мембранен сепаратор, базиран на въглеродни алотропи. Нарича се графен, който действа като литиево-йонен филтър за предотвратяване на дендритен растеж [Shangetal. Материал.10(2018) 191-199].

Литиево-металните батерии са подобни по концепция на литиевите батерии, но разчитат на литиево-метални аноди. По време на процеса на разреждане литиевият анод доставя електрони на катода чрез външна верига. Въпреки това, при зареждане, литий се отлага върху анода. В този процес ще се образуват нежелани дендрити.

Това е функцията на диафрагмата. Мембранният сепаратор, изработен от ултра-тънък (10nm) графитен диацетилен (двуизмерен хексагонален монослой с въглероден атом, свързан с вериги от янтарна киселина) има важна практическа стойност. Графитният диацетилен има не само еластичност и издръжливост, но химическата му структура също така образува еднаква мрежа от пори, позволяваща само на един литиев йон да премине. Това регулира движението на йони през мембраната, което води до много равномерна дифузия на йони. Важно е, че тази характеристика ефективно инхибира растежа на литиеви дендрити.

Ли Юлианг от Института по химия на Китайската академия на науките, който ръководи изследването, обясни, че литиевите дендрити могат да стабилизират интерфейса на твърдия електролит, като по този начин удължават живота на устройството и кулоновата мощност. Предотвратете късо съединение във формата на дърво и стигнете безопасно до батерията.

Изследователите вярват, че графен-диетиновите филми могат да преодолеят някои от трънливите проблеми, пред които са изправени литиевите батерии и други батерии с алкални метали.

Ли каза, че графитният диацетилен е гетерен материал с хипер-конюгирана структура, присъща лента, естествена макропореста структура и полупроводникова функция. Той предоставя огромна перспектива за решаване на големи научни проблеми в тази област.

Двумерните данни също са много прости и са лесни за получаване при общи лабораторни условия.

Изследователите казаха на репортери, че въпреки че трябва да се направи повече работа за подобряване на качеството на графит-диацетиленовите филми в голям мащаб, ние вярваме, че графит-диацетиленът може да има сериозно въздействие върху безопасността на литиевите батерии.