石墨烯中的高密度锂，一种有趣的电池可能性

关于电池的讨论通常围绕能量密度。我们想要的是一种能够以非常小的体积存储大量能量的电池，优选地以不涉及爆炸或火灾的方式存储。在研究的最前沿，我们得到的是电池，它们混合了惊人的和非常糟糕的。

坦率地说，与现有的铅酸电池相比，现代电池是一个奇迹。然而，与单位质量的木材相比，它们每单位质量的能量仍然较少。基本上，我们根本没有将足够的原子装入足够小的体积以与碳氢化合物竞争。但是，现在看来石墨烯-它总是石墨烯-可能有助于锂的包装。

无形的金属

尽管制造锂离子电池的方法很多，但化学反应可归结为以下几点：锂以某种形式存储在一个电极上。锂作为离子释放，在那里它行进到另一个电极并作出反应。同时，完成反应的电子通过一个电极进入世界，做一些工作，最后到另一个电极，在那里完成反应。

关键在于锂通常作为轻质低密度碳化锂储存。寻找增加锂密度的材料是增加电池容量的一种方法。

这是电池研究经常遇到问题的地方。锂是一种非常轻的元素。碳是电池的另一个主要成分，也是一种非常轻的元素。通过电子显微镜观察时，它们看起来几乎相同。这使得很难检查锂如何在电极处积聚并且难以看到它在存储时形成的结构的变化（或者这些结构在被移除时如何分离）。

不过，情况比这更糟糕。电子显微镜通常使用相当高能的电子来产生图像。电子具有足够的能量来将碳和锂原子从被检查的结构中分离出来。当您创建图像时，您已经破坏了您成像的结构。不理想。

进入一组具有透射电子显微镜的科学家，该显微镜设计用于处理低能电子。显微镜仍具有足够的分辨率来观察单个原子，因此可以确定结构。通过检查电子在通过样品时损失了多少能量，研究人员还可以计算出样品内容。最后，收集图像所需的时间足够短（大约一秒钟），研究人员可以观察到电池使用时结构的堆积和衰减。

锂三明治

由于透射电子显微镜需要电子通过样品，因此碳-锂层必须非常薄。研究人员选择使用石墨烯双层带（石墨烯是单层石墨烯，碳原子排列成蜂窝状）。将含有电解质的锂离子团放置在石墨烯带的一端。

沿着色带放置一系列电极以测量和设定电压。电压用于将锂驱动到色带中并使其再次离开。当锂在带中累积时，电阻下降，允许第二组电极检测锂的存在。

研究人员没有说出来，但我认为他们对发生的事情感到非常惊讶。锂在两个石墨烯带之间的间隙中移动得非常快。在它们的图表的规模上，锂立即出现在电极之间。从电影来看，它看起来需要大约14s才能行进50微米，我觉得这个速度非常快。

锂的数量也非常令人惊讶。通过检查结构和元素组成，研究人员发现锂没有像预期的那样形成碳化锂。相反，它形成了多层结晶锂，只有最外层与碳结合。但金属锂不是通常的形式。相反，锂形成高密度状态，通常在低温或非常高的压力下发现。

不要过度兴奋

这非常有趣，甚至可能证明是有用的。但还没有。就目前而言，高密度锂仅在两片非常接近完美的石墨烯之间形成，而不是您可以从制造商那里购买的那种石墨烯。实际上，在缺陷边缘附近，电子显微镜中电子所赋予的能量足以使锂金属沸腾。

即使我们可以获得大量高质量的双层石墨烯片，也不能确定锂在充电周期中会如所希望的那样深度扩散。很容易想象第一个锂离子在一个块中积聚，阻止其余的锂进入三明治。

石墨烯在该过程中存活很长时间也不确定。这是涉及金属锂的电池的主要问题之一：电极在多个循环中破坏自身。我们不知道石墨烯是否能比目前的电极设计更耐用。

也就是说，研究人员并没有将其作为电池就绪技术。相反，它是一个很好的例子，说明实验必要性如何导致一组有趣的新观察，我们可能会从中学到很多东西。而且，如果我们幸运的话，它最终将有助于使电池更好。