Литиевые батареи произвели революцию в мобильных электронных устройствах и используются в устройствах с новой энергией, но для дальнейшего улучшения жизни и мощности потребуются новые технологии. Один из вариантов – литий-металлические батареи, которые имеют более длительный срок службы и более высокую скорость зарядки, но с этой технологией есть проблемы. Отложения лития, называемые дендритами, имеют тенденцию расти на аноде и могут образовывать короткое замыкание, вызывая выход из строя батареи, возгорание или взрыв.

В настоящее время исследователи из Института химии Китайской академии наук, Университета Китайской академии наук и Китайского научно-исследовательского центра науки и технологий высокого давления разработали мембранный сепаратор на основе аллотропов углерода. Он называется графеном, который действует как литий-ионный фильтр, предотвращая рост дендритов [Shangetal. Материал.10 (2018) 191-199].

Литий-металлические батареи аналогичны по концепции литиевым батареям, но используют литий-металлические аноды. Во время процесса разряда литиевый анод подает электроны на катод через внешнюю цепь. Однако при зарядке на аноде осаждается литий. В этом процессе образуются нежелательные дендриты.

Это функция диафрагмы. Важное практическое значение имеет мембранный сепаратор из ультратонкого (10 нм) диацетилена графита (двухмерный монослой гексагональных атомов углерода, соединенных цепочками янтарной кислоты). Графитовый диацетилен не только обладает эластичностью и вязкостью, но и его химическая структура также образует однородную сеть пор, позволяющую проходить только одному иону лития. Это регулирует движение ионов через мембрану, что приводит к очень равномерной диффузии ионов. Важно отметить, что эта характеристика эффективно подавляет рост дендритов лития.

Ли Юлян из Института химии Китайской академии наук, который руководил исследованием, объяснил, что дендриты лития могут стабилизировать поверхность раздела твердого электролита, тем самым продлевая срок службы устройства и кулоновскую мощность. Предотвратить короткое замыкание в виде дерева и безопасно добраться до аккумулятора.

Исследователи полагают, что графен-диэтиновые пленки могут решить некоторые из сложных проблем, с которыми сталкиваются литиевые батареи и другие щелочно-металлические батареи.

Ли сказал, что графитовый диацетилен является геттерным материалом с гипер-сопряженной структурой, собственной запрещенной зоной, естественной макропористой структурой и функцией полупроводника. Это открывает огромные перспективы для решения крупных научных задач в этой области.

Двумерные данные также очень просты, и их легко получить в обычных лабораторных условиях.

Исследователи сообщили журналистам, что, хотя для улучшения качества графит-диацетиленовых пленок в больших масштабах необходимо проделать большую работу, мы считаем, что графит-диацетилен может оказать серьезное влияние на безопасность литиевых батарей.