Lithiumbatterijen hebben een revolutie teweeggebracht in mobiele elektronische apparaten en worden gebruikt in apparaten met nieuwe energie, maar verdere verbeteringen in levensduur en vermogen vereisen nieuwe technologieën. Een optie zijn lithium-metaalbatterijen, die een langere levensduur van de batterij en snellere laadsnelheden hebben, maar er zijn problemen met deze technologie. Lithiumafzettingen, dendrieten genaamd, hebben de neiging om op de anode te groeien en kunnen kortsluiting veroorzaken, wat kan leiden tot batterijstoring, brand of explosie.

Op dit moment hebben onderzoekers van het Institute of Chemistry, Chinese Academy of Sciences, University of Chinese Academy of Sciences en China High Pressure Science and Technology Research Center een membraanscheider ontworpen op basis van koolstofallotropen. Het wordt grafeen genoemd, dat fungeert als een lithiumionenfilter om dendritische groei te voorkomen [Shangetal. Materiaal.10(2018) 191-199].

Lithium-metaalbatterijen zijn qua concept vergelijkbaar met lithiumbatterijen, maar zijn afhankelijk van lithium-metaalanoden. Tijdens het ontladingsproces levert de lithiumanode elektronen aan de kathode via een extern circuit. Bij het opladen wordt echter lithium afgezet op de anode. In dit proces zullen zich ongewenste dendrieten vormen.

Dit is de functie van het diafragma. De membraanscheider gemaakt van ultradun (10nm) grafietdiacetyleen (tweedimensionale hexagonale koolstofatoommonolaag verbonden door barnsteenzuurketens) heeft een belangrijke praktische waarde. Grafietdiacetyleen heeft niet alleen elasticiteit en taaiheid, maar de chemische structuur vormt ook een uniform poriënnetwerk, waardoor slechts één lithiumion kan passeren. Dit regelt de beweging van ionen door het membraan, wat resulteert in een zeer uniforme diffusie van ionen. Belangrijk is dat deze eigenschap de groei van lithiumdendrieten effectief remt.

Li Yuliang van het Instituut voor Chemie van de Chinese Academie van Wetenschappen, die het onderzoek leidde, legde uit dat lithiumdendrieten de vaste elektrolytinterface kunnen stabiliseren, waardoor de levensduur van het apparaat en de Coulomb-kracht wordt verlengd. Voorkom boomvormige kortsluiting en bereik de accu veilig.

Onderzoekers geloven dat grafeen-diëthynfilms een aantal van de netelige problemen van lithiumbatterijen en andere alkalinemetaalbatterijen kunnen overwinnen.

Li zei dat grafietdiacetyleen een gettermateriaal is met een hypergeconjugeerde structuur, een inherente bandgap, een natuurlijke macroporeuze structuur en een halfgeleiderfunctie. Het biedt een enorm perspectief voor het oplossen van grote wetenschappelijke problemen op dit gebied.

Tweedimensionale gegevens zijn ook heel eenvoudig en gemakkelijk te verkrijgen onder algemene laboratoriumomstandigheden.

Onderzoekers vertelden verslaggevers dat hoewel er meer werk moet worden verzet om de kwaliteit van grafiet-diacetyleenfilms op grote schaal te verbeteren, wij van mening zijn dat grafiet-diacetyleen een ernstige impact kan hebben op de veiligheid van lithiumbatterijen.