Lithiumbatterien haben mobile elektronische Geräte revolutioniert und werden in neuen Energiegeräten verwendet, aber eine weitere Verbesserung der Lebensdauer und Leistung erfordert neue Technologien. Eine Option sind Lithium-Metall-Akkus, die eine längere Akkulaufzeit und schnellere Ladegeschwindigkeiten haben, aber es gibt Probleme mit dieser Technologie. Lithiumablagerungen, sogenannte Dendriten, neigen dazu, auf der Anode zu wachsen und einen Kurzschluss zu bilden, der zu Batterieausfall, Feuer oder Explosion führen kann.

Derzeit haben Forscher des Instituts für Chemie, der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, der Universität der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und des China High Pressure Science and Technology Research Center einen Membranseparator auf Basis von Kohlenstoffallotropen entwickelt. Es wird Graphen genannt, das als Lithium-Ionen-Filter wirkt, um dendritisches Wachstum zu verhindern [Shangetal. Material.10 (2018) 191-199].

Lithium-Metall-Batterien haben ein ähnliches Konzept wie Lithium-Batterien, basieren jedoch auf Lithium-Metall-Anoden. Während des Entladungsprozesses liefert die Lithiumanode Elektronen über einen externen Stromkreis an die Kathode. Beim Laden lagert sich jedoch Lithium an der Anode ab. Dabei bilden sich unerwünschte Dendriten.

Dies ist die Funktion des Diaphragmas. Der Membranseparator aus ultradünnem (10 nm) Graphitdiacetylen (zweidimensionale hexagonale Kohlenstoffatom-Monoschicht verbunden durch Bernsteinsäureketten) hat einen wichtigen praktischen Wert. Graphitdiacetylen besitzt nicht nur Elastizität und Zähigkeit, sondern bildet durch seine chemische Struktur auch ein gleichmäßiges Porennetzwerk, das nur ein Lithium-Ion durchlässt. Dies reguliert die Bewegung von Ionen durch die Membran, was zu einer sehr gleichmäßigen Diffusion von Ionen führt. Wichtig ist, dass diese Eigenschaft das Wachstum von Lithiumdendriten wirksam hemmt.

Li Yuliang vom Institut für Chemie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, der die Forschung leitete, erklärte, dass Lithiumdendriten die Festelektrolytgrenzfläche stabilisieren können, wodurch die Lebensdauer des Geräts und die Coulomb-Leistung verlängert werden. Verhindern Sie einen baumförmigen Kurzschluss und erreichen Sie die Batterie sicher.

Forscher glauben, dass Graphen-Diethyn-Filme einige der heiklen Probleme überwinden können, mit denen Lithiumbatterien und andere Alkalimetallbatterien konfrontiert sind.

Li sagte, dass graphitisches Diacetylen ein Gettermaterial mit hyperkonjugierter Struktur, inhärenter Bandlücke, natürlicher makroporöser Struktur und Halbleiterfunktion ist. Es bietet eine große Perspektive für die Lösung wichtiger wissenschaftlicher Probleme auf diesem Gebiet.

Auch zweidimensionale Daten sind sehr einfach und unter allgemeinen Laborbedingungen leicht zu erhalten.

Forscher sagten Reportern, dass, obwohl mehr Arbeit geleistet werden muss, um die Qualität von Graphit-Diacetylen-Filmen im großen Maßstab zu verbessern, wir glauben, dass Graphit-Diacetylen einen ernsthaften Einfluss auf die Sicherheit von Lithiumbatterien haben könnte.