Литий-ионные батареи революционизировали мобильную электронику и используются в новом энергетическом оборудовании, но для дальнейшего улучшения жизни и мощности потребуются новые технологии. Один из вариантов - литий-металлические батареи, которые дольше. Зарядка происходит быстрее, но есть проблема с этой методикой: литиевые отложения, известные как дендриты, имеют тенденцию к росту на аноде, что может вызвать короткое замыкание, которое может вызвать отказ батареи, пожар или взрыв.
В настоящее время исследователи из Института химии Академии наук Китая, Университета Китайской академии наук и Китайского научно-исследовательского центра высоких напряжений разработали мембранный сепаратор на основе аллотропов углерода. Он называется графин и используется как Литий-ионный фильтр и предотвращение роста дендритов »Шан и др., Material.10 (2018) 191-199 '.
Литиевая металлическая батарея концептуально похожа на литиево-ионный аккумулятор, но опирается на литий-металлический анод. Во время разряда литиевый металлический анод подает электроны на катод через внешнюю цепь. Однако во время зарядки металл лития осаждается на аноде. При этом могут образовываться нежелательные дендриты.
Это место, в которое входит мембрана сепаратора. Тонкопленочный сепаратор, выполненный из ультратонкого (10 нм) графитового дина (двумерный гексагональный монослой из углеродного волокна, соединенный с помощью диацетиленовой цепи) обладает некоторыми замечательными свойствами. Графитовый диан не только эластичен и прочен в одно и то же время, его химическая структура также образует однородную пористую сеть, позволяя пропускать через каждый дырок только один ион лития, что регулирует движение ионов через мембрану, что делает диффузию ионов очень однородной. Эта характеристика батареи эффективно тормозит рост литиевых дендритов.
Ли Юлянь из Института химии Китайской академии наук, который возглавлял исследование, пояснил: «Подавление литиевых дендритов может стабилизировать поверхность твердого электролита, тем самым увеличивая срок службы устройства и кулоновскую эффективность». Он может избежать дендритных коротких замыканий и повысить безопасность батареи. ,
Исследователи полагают, что пленки графита diyne могут преодолеть некоторые из трудных проблем, с которыми в настоящее время сталкиваются литий и другие батареи щелочных металлов.
«Graphite diyne - идеальный материал со сверхконъюгированной структурой, присущий полосовой щель, естественная макропористая структура и свойства полупроводника, что показывает большие перспективы для решения основных научных проблем в этой области», - сказал Ли.
Двумерные материалы также просты в нормальных лабораторных условиях и легко производятся.
«Несмотря на то, что для улучшения качества крупномасштабных мембран диатонных графитов необходимы дополнительные усилия, мы полагаем, что графитовый диацетилен может привести к некоторым серьезным прорывам в обеспечении безопасности литиевых батарей», - сказали исследователи журналистам.
