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石墨烯電池有哪些優勢

作者:admin????來源:未知????發布時間:2022-03-24 09:51????瀏覽量:
石墨烯(Graphene):是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜,惟有一個碳原子厚度的二維資料。2004年,英國曼徹斯特大學物理學家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫,成功地在實驗中從石墨中別離出石墨烯,而證實它能夠獨自存在,兩人也因在二維石墨烯資料的開創性實驗為由,共同獲得2010年諾貝爾物理學獎。



石墨烯目前是世上最薄但也是最堅硬的納米資料,它幾乎是完全透亮的,只吸收2.3%的光;導熱系數高達5300W/m·K,高于碳納米管和金剛石,常溫下其電子遷移率超越15000cm2/V·s,又比納米碳管或硅晶體高,而電阻率只約10-6·cm,比銅或銀更低,為目前世上電阻率最小的資料。因為它的電阻率極低,電子跑的速度極快,因此被希望可用來發展出更薄、導電速度更快的新一代電子元件或晶體管。(Via維基百科)



簡略來說,石墨烯是由碳原子組成的單層石墨,是惟有一個碳原子厚度的六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜(雷鋒網按:最早的石墨烯便是用膠帶一層一層地把石墨變薄而獲得的),具有十分好的導熱性、電導性、透光性,而且具有高強度、超輕薄、超大比表面積等特性,因此被譽為超級資料。



憑借著多方面的優秀特性,石墨烯的用處也十分廣泛,能夠被運用于鋰離子電池電極資料、薄膜晶體管、傳感器、半導體器件、復合資料制備、透亮顯示觸摸屏等方面。上文所提到的石墨烯電池便是其重要的用處之一。



石墨烯電池的盧山真面目



近年來,網絡上有關石墨烯電池的消息多且雜,一些媒體甚至將石墨烯電池宣傳為鋰離子電池的顛覆性革命。實際上并非如此。



首先,咱們要清楚一個概念,所謂石墨烯電池并非整個電池都用石墨烯資料制造,而是在電池的電極運用石墨烯資料。



另外,石墨是鋰離子電池中最常用的負極資料,充電時,Li嵌入到石墨層間形成插層化合物,Li完全嵌入時,每個石墨層都嵌入一層Li,對應化合物LiC6,理論比容量為372mAh/g。當每片單層石墨都以紊亂無章的方法擺放,則在單層石墨的兩邊表面都能夠結合Li,理論比容量進步了一倍,即744mAh/g。



由于石墨烯的缺點位、片層邊緣及石墨烯堆積形成的微孔結構都能夠存儲Li。也便是說,在理論上石墨烯電極可能有超越石墨兩倍的比容量。



注:上圖為復合電極資料結構圖



除此之外,倘若將石墨烯和SnO2,Mn3O4,CuO等電導率比較低的正極、負極納米資料進行復合,如Li4Ti5O12、TiO2、LiFePO4等,或許將進步鋰離子電池的循環功能。中科院金屬研究所曾在PNAS發表論文,將正極資料LiFePO4和負極資料Li4Ti5O12別離與石墨烯復合,制備了LiFePO4-石墨烯/Li4Ti5O12-石墨烯為電極的具有高充放電速率的柔性鋰離子電池,石墨烯作為鋰離子及電子的通路,同時起到了導電添加劑和集流體的用處。



倘若將石墨烯和炭黑混合后作為導電添加劑加入鋰離子電池,或許能夠有效下降電池內阻,提高電池倍率充放電功能和循環壽數,而且電池的彎折對充放電功能沒有影響。而華為、高通此前通過大電流密度下充放電實現快速充電的做法電池壽數丟失很大,盡管這一缺點在近年來已經改進了不少。相比之下,石墨烯電池的快速充電并不會像減少電池壽數,而且愈加有技能層面的美感。

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