Les batteries au lithium ont révolutionné les appareils électroniques mobiles et sont utilisées dans les nouveaux appareils énergétiques, mais de nouvelles améliorations de la durée de vie et de la puissance nécessiteront de nouvelles technologies. Une option est les batteries au lithium métal, qui ont une durée de vie plus longue et des vitesses de charge plus rapides, mais cette technologie pose des problèmes. Les dépôts de lithium, appelés dendrites, ont tendance à se développer sur l’anode et peuvent former un court-circuit, provoquant une panne de la batterie, un incendie ou une explosion.

À l’heure actuelle, des chercheurs de l’Institut de chimie, de l’Académie chinoise des sciences, de l’Université de l’Académie chinoise des sciences et du Centre de recherche scientifique et technologique à haute pression de Chine ont conçu un séparateur à membrane basé sur des allotropes de carbone. C’est ce qu’on appelle le graphène, qui agit comme un filtre à ions lithium pour empêcher la croissance dendritique [Shangetal. Matériel.10 (2018) 191-199].

Les batteries au lithium métal sont similaires dans leur concept aux batteries au lithium, mais reposent sur des anodes au lithium métal. Pendant le processus de décharge, l’anode de lithium fournit des électrons à la cathode via un circuit externe. Cependant, lors de la charge, du lithium se dépose sur l’anode. Dans ce processus, des dendrites indésirables se formeront.

C’est la fonction du diaphragme. Le séparateur à membrane en graphite diacétylène ultra-mince (10 nm) (monocouche d’atomes de carbone hexagonale bidimensionnelle reliée par des chaînes d’acide succinique) a une valeur pratique importante. Le graphite diacétylène a non seulement une élasticité et une ténacité, mais sa structure chimique forme également un réseau de pores uniforme, ne laissant passer qu’un seul ion lithium. Cela régule le mouvement des ions à travers la membrane, ce qui entraîne une diffusion très uniforme des ions. Surtout, cette caractéristique inhibe efficacement la croissance des dendrites de lithium.

Li Yuliang de l’Institut de chimie de l’Académie chinoise des sciences, qui a dirigé la recherche, a expliqué que les dendrites de lithium peuvent stabiliser l’interface de l’électrolyte solide, prolongeant ainsi la durée de vie de l’appareil et la puissance de Coulomb. Évitez les courts-circuits en forme d’arbre et atteignez la batterie en toute sécurité.

Les chercheurs pensent que les films graphène-diéthyle peuvent surmonter certains des problèmes épineux rencontrés par les piles au lithium et autres piles alcalines.

Li a déclaré que le diacétylène graphitique est un matériau getter avec une structure hyper-conjuguée, une bande interdite inhérente, une structure macroporeuse naturelle et une fonction semi-conductrice. Il offre une perspective énorme pour résoudre les problèmes scientifiques majeurs dans ce domaine.

Les données bidimensionnelles sont également très simples et faciles à obtenir dans des conditions générales de laboratoire.

Les chercheurs ont déclaré aux journalistes que bien que davantage de travail reste à faire pour améliorer la qualité des films graphite-diacétylène à grande échelle, nous pensons que le graphite-diacétylène peut avoir un impact sérieux sur la sécurité des batteries au lithium.