Litiumparistot ovat mullistaneet mobiilielektroniikkalaitteet, ja niitä käytetään uusissa energialaitteissa, mutta käyttöiän ja tehon parantaminen edellyttää uusia teknologioita. Yksi vaihtoehto on litiummetalliakut, joilla on pidempi akun käyttöikä ja nopeammat latausnopeudet, mutta tässä tekniikassa on ongelmia. Litiumjäämät, joita kutsutaan dendriiteiksi, pyrkivät kasvamaan anodilla ja voivat muodostaa oikosulun, mikä aiheuttaa akun vian, tulipalon tai räjähdyksen.

Tällä hetkellä kemian instituutin, Kiinan tiedeakatemian, Kiinan tiedeakatemian yliopiston ja Kiinan korkean paineen tiede- ja teknologiatutkimuskeskuksen tutkijat ovat suunnitelleet hiilen allotrooppeihin perustuvan kalvoerottimen. Sitä kutsutaan grafeeniksi, joka toimii litiumionisuodattimena estämään dendriittien kasvua [Shangetal. Material.10(2018) 191-199].

Litiummetalliakut ovat konseptiltaan samanlaisia ​​kuin litiumakut, mutta ne ovat riippuvaisia ​​litiummetallianodeista. Purkausprosessin aikana litiumanodi toimittaa elektroneja katodille ulkoisen piirin kautta. Latauksen aikana litiumia kuitenkin kertyy anodille. Tässä prosessissa muodostuu ei-toivottuja dendriittejä.

Tämä on kalvon tehtävä. Ultraohuesta (10nm) grafiittidiasetyleenistä (kaksiulotteinen kuusikulmainen hiiliatomin yksikerros, joka on yhdistetty meripihkahappoketjuilla) valmistetulla kalvoerottimella on tärkeä käytännön arvo. Grafiittidiasetyleenillä ei ole vain elastisuutta ja sitkeyttä, vaan sen kemiallinen rakenne muodostaa myös yhtenäisen huokosverkoston, jonka läpi pääsee vain yksi litiumioni. Tämä säätelee ionien liikettä kalvon läpi, mikä johtaa erittäin tasaiseen ionien diffuusioon. Tärkeää on, että tämä ominaisuus estää tehokkaasti litiumdendriittien kasvua.

Li Yuliang Kiinan tiedeakatemian kemian instituutista, joka johti tutkimusta, selitti, että litiumdendriitit voivat stabiloida kiinteän elektrolyytin rajapinnan, mikä pidentää laitteen käyttöikää ja Coulombin tehoa. Estä puun muotoinen oikosulku ja tavoita akku turvallisesti.

Tutkijat uskovat, että grafeeni-dietyynikalvot voivat ratkaista jotkin litiumparistojen ja muiden alkalimetalliakkujen kohtaamista vaikeista ongelmista.

Li sanoi, että grafiittidiasetyleeni on sitojamateriaali, jolla on hyperkonjugoitu rakenne, luontainen kaistaväli, luonnollinen makrohuokoinen rakenne ja puolijohdetoiminto. Se tarjoaa valtavan mahdollisuuden ratkaista suuria tieteellisiä ongelmia tällä alalla.

Kaksiulotteinen data on myös hyvin yksinkertaista, ja se on helppo saada yleisissä laboratorio-olosuhteissa.

Tutkijat kertoivat toimittajille, että vaikka grafiitti-diasetyleenikalvojen laadun parantamiseksi on tehtävä enemmän työtä suuressa mittakaavassa, uskomme, että grafiittidiasetyleenillä voi olla vakava vaikutus litiumakkujen turvallisuuteen.