Lítiové batérie spôsobili revolúciu v mobilných elektronických zariadeniach a používajú sa v nových energetických zariadeniach, ale ďalšie zlepšenie životnosti a výkonu si bude vyžadovať nové technológie. Jednou z možností sú lítiové kovové batérie, ktoré majú dlhšiu životnosť batérie a vyššiu rýchlosť nabíjania, no s touto technológiou sú problémy. Lítiové usadeniny, nazývané dendrity, majú tendenciu rásť na anóde a môžu spôsobiť skrat, čo spôsobí zlyhanie batérie, požiar alebo výbuch.

V súčasnosti výskumníci z Ústavu chémie, Čínskej akadémie vied, Univerzity Čínskej akadémie vied a Čínskeho vysokotlakového vedeckého a technologického výskumného centra navrhli membránový separátor na báze uhlíkových alotropov. Nazýva sa grafén, ktorý pôsobí ako lítium-iónový filter na zabránenie dendritického rastu [Shangetal. Materiál.10(2018) 191-199].

Lítiové kovové batérie majú podobný koncept ako lítiové batérie, ale spoliehajú sa na lítiové kovové anódy. Počas procesu vybíjania poskytuje lítiová anóda elektróny katóde cez vonkajší obvod. Pri nabíjaní sa však lítium ukladá na anóde. V tomto procese sa vytvoria nežiaduce dendrity.

Toto je funkcia membrány. Dôležitú praktickú hodnotu má membránový separátor vyrobený z ultratenkého (10nm) grafitového diacetylénu (dvojrozmerná monovrstva hexagonálnych atómov uhlíka spojená reťazcami kyseliny jantárovej). Grafitový diacetylén má nielen elasticitu a húževnatosť, ale jeho chemická štruktúra tiež vytvára jednotnú sieť pórov, ktorá umožňuje prechod iba jedného lítneho iónu. To reguluje pohyb iónov cez membránu, čo vedie k vysoko rovnomernej difúzii iónov. Dôležité je, že táto vlastnosť účinne inhibuje rast lítnych dendritov.

Li Yuliang z Ústavu chémie Čínskej akadémie vied, ktorý viedol výskum, vysvetlil, že dendrity lítia môžu stabilizovať rozhranie pevného elektrolytu, čím sa predlžuje životnosť zariadenia a Coulombov výkon. Zabráňte skratu v tvare stromu a bezpečne dosiahnite batériu.

Výskumníci sa domnievajú, že grafén-dietínové filmy môžu prekonať niektoré chúlostivé problémy, ktorým čelia lítiové batérie a iné alkalické kovové batérie.

Li povedal, že grafitický diacetylén je getrový materiál s hyper-konjugovanou štruktúrou, inherentnou medzerou v pásme, prirodzenou makroporéznou štruktúrou a polovodičovou funkciou. Poskytuje obrovské vyhliadky na riešenie hlavných vedeckých problémov v tejto oblasti.

Dvojrozmerné údaje sú tiež veľmi jednoduché a dajú sa ľahko získať vo všeobecných laboratórnych podmienkach.

Výskumníci povedali novinárom, že hoci je potrebné urobiť viac práce na zlepšenie kvality grafit-diacetylénových filmov vo veľkom meradle, veríme, že grafit-diacetylén môže mať vážny vplyv na bezpečnosť lítiových batérií.