Lithium batteries have revolutionized mobile electronic devices and are used in new energy devices, but further improvements in life and power will require new technologies. One option is lithium metal batteries, which have longer battery life and faster charging speeds, but there are problems with this technology. Lithium deposits, called dendrites, tend to grow on the anode and can form a short circuit, causing battery failure, fire or explosion.

At present, researchers from the Institute of Chemistry, Chinese Academy of Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, and China High Pressure Science and Technology Research Center have designed a membrane separator based on carbon allotropes. It is called graphene, which acts as a lithium ion filter to prevent dendritic growth [Shangetal. Material.10(2018) 191-199].

Litiummetallbatterier liknar i konceptet litiumbatterier, men förlitar sig på litiummetallanoder. Under urladdningsprocessen tillhandahåller litiumanoden elektroner till katoden genom en extern krets. Men vid laddning avsätts litium på anoden. I denna process kommer oönskade dendriter att bildas.

Detta är membranets funktion. Membranseparatorn gjord av ultratunn (10 nm) grafitdiacetylen (tvådimensionellt hexagonalt kolatommonoskikt sammankopplat med bärnstenssyrakedjor) har ett viktigt praktiskt värde. Grafitdiacetylen har inte bara elasticitet och seghet, utan dess kemiska struktur bildar också ett enhetligt pornätverk, vilket tillåter endast en litiumjon att passera igenom. Detta reglerar jonernas rörelse genom membranet, vilket resulterar i en mycket jämn diffusion av joner. Viktigt är att denna egenskap effektivt hämmar tillväxten av litiumdendriter.

Li Yuliang från Institute of Chemistry vid den kinesiska vetenskapsakademin, som ledde forskningen, förklarade att litiumdendriter kan stabilisera det fasta elektrolytgränssnittet och därigenom förlänga enhetens livslängd och Coulomb-kraften. Förhindra trädformad kortslutning och nå batteriet säkert.

Researchers believe that graphene-diethyne films can overcome some of the thorny problems faced by lithium batteries and other alkaline metal batteries.

Li said that graphitic diacetylene is a getter material with hyper-conjugated structure, inherent band gap, natural macroporous structure and semiconductor function. It provides a huge prospect for solving major scientific problems in this field.

Tvådimensionell data är också mycket enkel, och den är lätt att få fram under allmänna laboratorieförhållanden.

Forskare sa till reportrar att även om mer arbete måste göras för att förbättra kvaliteten på grafit-diacetylenfilmer i stor skala, tror vi att grafit-diacetylen kan ha en allvarlig inverkan på säkerheten för litiumbatterier.