Літієві батареї зробили революцію в мобільних електронних пристроях і використовуються в нових енергетичних пристроях, але для подальшого покращення терміну служби та потужності потрібні нові технології. Одним з варіантів є літієві металеві батареї, які мають більший термін служби батареї та більшу швидкість зарядки, але з цією технологією є проблеми. Відкладення літію, які називаються дендритами, мають тенденцію рости на аноді і можуть утворити коротке замикання, викликаючи вихід з ладу акумулятора, пожежу або вибух.

В даний час дослідники з Інституту хімії, Китайської академії наук, Університету Китайської академії наук і Китайського науково-технічного центру високого тиску розробили мембранний сепаратор на основі алотропів вуглецю. Він називається графеном, який діє як літій-іонний фільтр для запобігання росту дендритів [Shangetal. Матеріал.10(2018) 191-199].

Літієві металеві батареї за своєю концепцією схожі на літієві, але покладаються на металеві літієві аноди. Під час процесу розряду літієвий анод подає електрони на катод через зовнішній ланцюг. Однак при зарядці на анод осідає літій. У цьому процесі утворюються небажані дендрити.

Це функція діафрагми. Важливе практичне значення має мембранний сепаратор із ультратонкого (10 нм) діацетилену графіту (двовимірного гексагонального моношару атома вуглецю, з’єднаного ланцюгами бурштинової кислоти). Графітовий діацетилен не тільки має еластичність і міцність, але його хімічна структура також утворює однорідну мережу пор, що дозволяє проходити лише одному іону літію. Це регулює рух іонів через мембрану, що призводить до дуже рівномірної дифузії іонів. Важливо, що ця характеристика ефективно пригнічує ріст дендритів літію.

Лі Юльян з Інституту хімії Китайської академії наук, який керував дослідженням, пояснив, що дендрити літію можуть стабілізувати поверхню розділу твердого електроліту, подовжуючи тим самим термін служби пристрою та кулоновську потужність. Запобігайте коротке замикання у формі дерева та безпечно дістаньтесь до акумулятора.

Дослідники вважають, що графен-діетинові плівки можуть подолати деякі з важких проблем, з якими стикаються літієві батареї та інші батареї з лужними металами.

Лі сказав, що графітовий діацетилен є геттерним матеріалом з гіперкон’югованою структурою, притаманною забороненою зоною, природною макропористою структурою та функцією напівпровідника. Це дає величезну перспективу для вирішення основних наукових проблем у цій галузі.

Двовимірні дані також дуже прості, і їх легко отримати в загальних лабораторних умовах.

Дослідники повідомили журналістам, що, хоча для покращення якості графіт-діацетиленових плівок у великих масштабах необхідно провести більше роботи, ми вважаємо, що графіт-діацетилен може мати серйозний вплив на безпеку літієвих батарей.