Las baterías de litio han revolucionado los dispositivos electrónicos móviles y se utilizan en nuevos dispositivos de energía, pero las mejoras adicionales en la vida útil y la energía requerirán nuevas tecnologías. Una opción son las baterías de metal de litio, que tienen una mayor duración de la batería y velocidades de carga más rápidas, pero existen problemas con esta tecnología. Los depósitos de litio, llamados dendritas, tienden a crecer en el ánodo y pueden formar un cortocircuito, provocando fallas en la batería, incendio o explosión.

En la actualidad, investigadores del Instituto de Química, la Academia de Ciencias de China, la Academia de Ciencias de la Universidad de China y el Centro de Investigación de Ciencia y Tecnología de Alta Presión de China han diseñado un separador de membrana basado en alótropos de carbono. Se llama grafeno, que actúa como filtro de iones de litio para prevenir el crecimiento dendrítico [Shangetal. Material 10 (2018) 191-199].

Las baterías de metal de litio son similares en concepto a las baterías de litio, pero se basan en ánodos de metal de litio. Durante el proceso de descarga, el ánodo de litio proporciona electrones al cátodo a través de un circuito externo. Sin embargo, durante la carga, el litio se deposita en el ánodo. En este proceso, se formarán dendritas no deseadas.

Esta es la función del diafragma. El separador de membrana hecho de diacetileno de grafito ultrafino (10 nm) (monocapa de átomo de carbono hexagonal bidimensional conectado por cadenas de ácido succínico) tiene un valor práctico importante. El diacetileno de grafito no solo tiene elasticidad y tenacidad, sino que su estructura química también forma una red de poros uniforme, lo que permite que solo pase un ión de litio. Esto regula el movimiento de iones a través de la membrana, lo que da como resultado una difusión de iones muy uniforme. Es importante destacar que esta característica inhibe eficazmente el crecimiento de las dendritas de litio.

Li Yuliang del Instituto de Química de la Academia de Ciencias de China, quien dirigió la investigación, explicó que las dendritas de litio pueden estabilizar la interfaz de electrolitos sólidos, extendiendo así la vida útil del dispositivo y la potencia de Coulomb. Evite cortocircuitos en forma de árbol y alcance la batería de forma segura.

Los investigadores creen que las películas de grafeno-dietino pueden superar algunos de los espinosos problemas que enfrentan las baterías de litio y otras baterías de metales alcalinos.

Li dijo que el diacetileno grafítico es un material absorbente con estructura hiperconjugada, banda prohibida inherente, estructura macroporosa natural y función semiconductora. Proporciona una gran perspectiva para resolver los principales problemas científicos en este campo.

Los datos bidimensionales también son muy simples y fáciles de obtener en condiciones generales de laboratorio.

Los investigadores dijeron a los periodistas que, aunque es necesario trabajar más para mejorar la calidad de las películas de grafito-diacetileno a gran escala, creemos que el grafito-diacetileno puede tener un impacto grave en la seguridad de las baterías de litio.