Lithium-batterier har revolutioneret mobile elektroniske enheder og bruges i nye energienheder, men yderligere forbedringer i levetid og effekt vil kræve nye teknologier. En mulighed er lithiummetalbatterier, som har længere batterilevetid og hurtigere opladningshastigheder, men der er problemer med denne teknologi. Lithiumaflejringer, kaldet dendritter, har tendens til at vokse på anoden og kan danne en kortslutning, hvilket forårsager batterifejl, brand eller eksplosion.

På nuværende tidspunkt har forskere fra Institute of Chemistry, Chinese Academy of Sciences, University of Chinese Academy of Sciences og China High Pressure Science and Technology Research Center designet en membranseparator baseret på kulstofallotroper. Det kaldes grafen, der fungerer som et lithium-ion-filter for at forhindre dendritisk vækst [Shangetal. Materiale.10(2018) 191-199].

Lithiummetalbatterier ligner i konceptet lithiumbatterier, men er afhængige af lithiummetalanoder. Under afladningsprocessen giver lithiumanoden elektroner til katoden gennem et eksternt kredsløb. Men ved opladning aflejres lithium på anoden. I denne proces vil der dannes uønskede dendritter.

Dette er membranens funktion. Membranseparatoren lavet af ultratynd (10 nm) grafit-diacetylen (todimensionalt hexagonalt carbonatom-monolag forbundet med ravsyrekæder) har vigtig praktisk værdi. Grafitdiacetylen har ikke kun elasticitet og sejhed, men dens kemiske struktur danner også et ensartet porenetværk, der tillader kun én lithiumion at passere igennem. Dette regulerer bevægelsen af ​​ioner gennem membranen, hvilket resulterer i en meget ensartet diffusion af ioner. Det er vigtigt, at denne egenskab effektivt hæmmer væksten af ​​lithiumdendritter.

Li Yuliang fra Institute of Chemistry ved det kinesiske videnskabsakademi, der ledede forskningen, forklarede, at lithiumdendritter kan stabilisere den faste elektrolytgrænseflade og derved forlænge enhedens levetid og Coulomb-kraften. Undgå træformet kortslutning og nå batteriet sikkert.

Forskere mener, at grafen-diethyn-film kan overvinde nogle af de vanskelige problemer, som lithium-batterier og andre alkalimetalbatterier står over for.

Li sagde, at grafitisk diacetylen er et gettermateriale med hyperkonjugeret struktur, iboende båndgab, naturlig makroporøs struktur og halvlederfunktion. Det giver en enorm udsigt til at løse store videnskabelige problemer på dette område.

Todimensionelle data er også meget enkle, og de er nemme at få under almindelige laboratorieforhold.

Forskere fortalte journalister, at selvom der skal gøres mere arbejde for at forbedre kvaliteten af ​​grafit-diacetylen-film i stor skala, mener vi, at grafit-diacetylen kan have en alvorlig indvirkning på sikkerheden af ​​lithium-batterier.