A lítium akkumulátorok forradalmasították a mobil elektronikai eszközöket, és új energetikai eszközökben használják őket, de az élettartam és az energia további javításához új technológiákra lesz szükség. Az egyik lehetőség a fém lítium akkumulátorok, amelyek hosszabb akkumulátor-élettartammal és gyorsabb töltési sebességgel rendelkeznek, de ezzel a technológiával vannak problémák. A lítiumlerakódások, az úgynevezett dendritek, hajlamosak az anódra nőni, és rövidzárlatot okozhatnak, ami akkumulátor meghibásodását, tüzet vagy robbanást okozhat.

Jelenleg a Kínai Tudományos Akadémia Kémiai Intézete, a Kínai Tudományos Akadémia Egyeteme és a Kínai Nagynyomású Tudományos és Technológiai Kutatóközpont kutatói szén-allotrópokon alapuló membránleválasztót terveztek. Grafénnek hívják, amely lítium-ionszűrőként működik, hogy megakadályozza a dendritek növekedését [Shangetal. Anyag.10(2018) 191-199].

A lítium fém akkumulátorok koncepciójukban hasonlóak a lítium akkumulátorokhoz, de lítium fém anódokra támaszkodnak. A kisülési folyamat során a lítium anód egy külső áramkörön keresztül elektronokat bocsát a katódhoz. Töltés közben azonban lítium rakódik le az anódon. Ebben a folyamatban nem kívánt dendritek képződnek.

Ez a membrán funkciója. Az ultravékony (10nm) grafit-diacetilénből (kétdimenziós, hatszögletű, borostyánkősavláncokkal összekapcsolt szénatomos monoréteg) készült membránleválasztó fontos gyakorlati értékkel bír. A grafit-diacetilénnek nemcsak rugalmassága és szívóssága van, hanem kémiai szerkezete is egységes pórushálózatot alkot, amelyen csak egy lítium-ion tud áthaladni. Ez szabályozza az ionok mozgását a membránon keresztül, ami az ionok rendkívül egyenletes diffúzióját eredményezi. Fontos, hogy ez a tulajdonság hatékonyan gátolja a lítium-dendritek növekedését.

A kutatást vezető Li Yuliang, a Kínai Tudományos Akadémia Kémiai Intézetének munkatársa kifejtette, hogy a lítium-dendritek stabilizálhatják a szilárd elektrolit határfelületet, ezáltal meghosszabbítják az eszköz élettartamát és a Coulomb-erőt. Kerülje el a fa alakú rövidzárlatot, és biztonságosan érje el az akkumulátort.

A kutatók úgy vélik, hogy a grafén-dietin fóliák leküzdhetik a lítiumelemek és más alkálifém-elemek problémáit.

Li elmondta, hogy a grafitos diacetilén egy getter anyag, hiperkonjugált szerkezettel, benne rejlő sávrésszel, természetes makropórusos szerkezettel és félvezető funkcióval. Hatalmas perspektívát kínál e téren a nagy tudományos problémák megoldására.

A kétdimenziós adatok is nagyon egyszerűek, és általános laboratóriumi körülmények között könnyen beszerezhetők.

A kutatók azt mondták az újságíróknak, hogy bár még több munkát kell végezni a grafit-diacetilén fóliák minőségének nagy léptékű javításán, úgy gondoljuk, hogy a grafit-diacetilén komoly hatással lehet a lítium akkumulátorok biztonságára.