Le batterie al litio hanno rivoluzionato i dispositivi elettronici mobili e sono utilizzate in nuovi dispositivi energetici, ma ulteriori miglioramenti in termini di durata e potenza richiederanno nuove tecnologie. Un’opzione sono le batterie al litio metallico, che hanno una maggiore durata della batteria e velocità di ricarica più elevate, ma ci sono problemi con questa tecnologia. I depositi di litio, chiamati dendriti, tendono a crescere sull’anodo e possono formare un cortocircuito, causando guasti alla batteria, incendi o esplosioni.

Attualmente, i ricercatori dell’Istituto di chimica, dell’Accademia cinese delle scienze, dell’Università dell’Accademia cinese delle scienze e del Centro di ricerca scientifica e tecnologica ad alta pressione della Cina hanno progettato un separatore a membrana basato su allotropi di carbonio. Si chiama grafene, che funge da filtro agli ioni di litio per prevenire la crescita dendritica [Shangetal. Materiale.10(2018) 191-199].

Le batterie al litio metallico sono concettualmente simili alle batterie al litio, ma si basano su anodi metallici al litio. Durante il processo di scarica, l’anodo di litio fornisce elettroni al catodo attraverso un circuito esterno. Tuttavia, durante la ricarica, il litio si deposita sull’anodo. In questo processo, si formeranno dendriti indesiderati.

Questa è la funzione del diaframma. Il separatore a membrana in ultrasottile (10nm) grafite diacetilene (monostrato di atomo di carbonio esagonale bidimensionale collegato da catene di acido succinico) ha un importante valore pratico. Il diacetilene di grafite non solo ha elasticità e tenacità, ma la sua struttura chimica forma anche una rete di pori uniforme, consentendo il passaggio di un solo ione di litio. Questo regola il movimento degli ioni attraverso la membrana, determinando una diffusione altamente uniforme degli ioni. È importante sottolineare che questa caratteristica inibisce efficacemente la crescita dei dendriti di litio.

Li Yuliang dell’Istituto di chimica dell’Accademia cinese delle scienze, che ha guidato la ricerca, ha spiegato che i dendriti di litio possono stabilizzare l’interfaccia dell’elettrolita solido, prolungando così la vita del dispositivo e la potenza di Coulomb. Previeni il cortocircuito ad albero e raggiungi la batteria in sicurezza.

I ricercatori ritengono che i film di grafene-dietino possano superare alcuni dei problemi spinosi affrontati dalle batterie al litio e da altre batterie a metalli alcalini.

Li ha affermato che il diacetilene grafitico è un materiale getter con struttura iperconiugata, banda proibita intrinseca, struttura macroporosa naturale e funzione di semiconduttore. Fornisce un’enorme prospettiva per risolvere i principali problemi scientifici in questo campo.

Anche i dati bidimensionali sono molto semplici ed è facile da ottenere in condizioni generali di laboratorio.

I ricercatori hanno detto ai giornalisti che sebbene sia necessario lavorare di più per migliorare la qualità dei film di grafite-diacetilene su larga scala, riteniamo che la grafite-diacetilene possa avere un grave impatto sulla sicurezza delle batterie al litio.