双层石墨烯产生高密度锂，增加电池容量

关于电池的讨论通常围绕能量密度。我们想要的是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，我们得到了令人惊讶和非常糟糕的混合电池。

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，它们每单位质量的能量仍然比单位质量木材少。基本上，我们没有将足够的原子放入足够小的体积来与碳氢化合物竞争。但现在看来，石墨烯-总是石墨烯-可能有助于锂的包装。

无形的金属

虽然制造锂离子电池的方法很多，但化学反应可归纳如下：锂以某种形式存储在一个电极上。锂作为离子释放，在那里它传播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，最后到达反应完成的另一个电极。

关键是锂通常储存为轻质低密度碳化锂。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组成部分，也是一种非常轻的元素。当用电子显微镜观察时，它们看起来几乎相同。这使得难以检查锂如何积聚在电极上并且难以看到它在储存期间形成的结构的变化（或者这些结构在被移除时如何分离）。

但情况要糟糕得多。电子显微镜通常使用相对高能量的电子来产生图像。电子具有足够的能量来将碳和锂原子与被检查的结构分离。创建图像时，您已经破坏了图像的结构。不理想。

进入一组科学家，他们的透射电子显微镜是为低能电子设计的。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样品含量。最后，收集图像所需的时间足够短（大约一秒钟），研究人员可以观察电池使用过程中结构的累积和衰减。

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（石墨烯是单层石墨烯，碳原子排列成蜂窝状）。含有电解质的锂离子簇置于石墨烯带的一端。

沿着色带放置一系列电极以测量和设置电压。电压用于将锂驱动到色带中并使其再次离开。随着锂在带中累积，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。从电影的角度来看，似乎需要大约14s才能行进50微米，我觉得这个速度非常快。

锂的量也非常令人惊讶。通过检查结构和元素组成，研究人员发现锂不像预期的那样形成碳化锂。相反，它形成多层结晶锂，仅最外层与碳结合。然而，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。首先，高密度锂仅在两种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。事实上，在缺陷边缘附近，电子显微镜中的电子提供足够的能量来沸腾锂金属。

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循环期间会如期望的那样扩散。很容易想象第一个锂离子在一个区块中积聚，防止其余的锂进入三明治。

目前尚不确定石墨烯能否在此过程中存活很长时间。这是涉及锂金属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比目前的电极设计更耐用。

换句话说，研究人员并未将其用作电池就绪技术。相反，它是实验必要性如何导致一系列有趣的新观察的一个很好的例子，我们可以从中学到很多东西。而且，如果我们幸运的话，它最终将有助于使电池更好。