石墨烯薄膜将使锂金属电池更安全

　　【中国汽车材料网】锂离子电池已经给移动电子技术带来了革命性的变化，并在交通运输中广泛应用，但在寿命和功率方面的进一步改进将需要新的技术。一种选择是锂金属电池，这种电池寿命更长，充电速度更快，但这项技术存在问题。被称为树枝状的锂沉积(Lithium deposits called dendrites)倾向于在阳极上生长，可能产生短路，导致电池失效、起火或爆炸。
　　     
　　现在，中国科学院化学研究所，中国科学院大学，南开大学，汕头大学和中国高压科学技术高级研究中心的研究人员设计了一种基于碳同素异形体的薄膜分离器 - 被称为graphdiyne - 用作锂离子的过滤器并防止枝晶生长。
　　
　　锂金属电池在概念上与锂离子电池相似，但依赖于锂金属阳极。在放电过程中，锂金属阳极通过外部电路将电子释放到阴极。然而，在充电时，锂金属会沉积在阳极上。正是在这个过程中，不受欢迎的树突会形成。
　　
　　这就是分离器薄膜的作用。该薄膜分离器由超薄（10nm）石墨烯制成，是一种由丁二烯键连接的二维单层碳原子六角形，具有一些显着的特性。石墨烯不仅同时具有柔韧性和坚固性，其化学结构形成均匀的多孔网格，每个孔只允许一个锂离子通过。这就调节了离子通过薄膜的运动，使得离子的扩散高度均匀。对于电池来说重要的是，这种薄膜的特性有效地抑制了锂枝晶的生长。
　　
　　“抑制锂枝晶可以稳定固态电解质中间相（the solid electrolyte interphase），从而提高设备的寿命和库仑效率，”领导这项研究的中国科学院化学研究所的李玉亮解释说。“它可以避免与树突相关的短路，从而提高电池的安全性。”
　　
　　研究人员认为，石墨烯薄膜可以克服锂和其他碱金属电池一直以来面临的一些棘手问题。
　　
　　“石墨烯是一种完美的材料，具有超级共轭结构、固有带隙、天然的大孔结构和半导体特性，这为解决该领域的一个重大科学问题提供了很大的希望，” 李玉亮说。
　　
　　在正常的实验室条件下，这种二维材料也很简单，容易制作。
　　
　　“虽然需要付出更多努力来提高大规模石墨烯薄膜的质量，但我们认为石墨烯可能会在锂电池的安全性方面带来一些重大突破，” 李玉亮说道。