石墨烯電池與超級(jí)電容器結(jié)合， 將促電動(dòng)汽車發(fā)展
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-04-04 11:32
點(diǎn)擊量：次
英國曼徹斯特大學(xué)(University of Manchester)國家石墨烯研究所(National Graphene Institute)的研究人員們利用石墨烯作為添加材料，致力于探索得以減少電池尺寸與重量以及擴(kuò)展電池壽命的各種新方法。
第一電動(dòng)網(wǎng)新聞圖片
在一篇題為《以石墨烯材料實(shí)現(xiàn)電化學(xué)儲(chǔ)能》(Electrochemical Energy Storage with Graphene-Enabled Materials)的研究計(jì)劃中，研究人員們正與多家企業(yè)展開合作，其中包括勞斯萊斯(Rolls-Royce)、夏普(Sharp)和摩根先進(jìn)材料(Morgan Advanced Materials)等。這些企業(yè)合作伙伴在石墨烯的未來應(yīng)用發(fā)展中扮演關(guān)鍵地位。目前，Graphene@Manchester正與來自全球30多家企業(yè)共同展開研究計(jì)劃與應(yīng)用。
曼徹斯特大學(xué)電子與電子工程學(xué)系教授Andrew Forsyth解釋，在我們開發(fā)電池之前，我們必須先目了解石墨烯如何與化學(xué)成份(特別是電解質(zhì))起作用。該?；瘜W(xué)系教授Robert Dryfe則以實(shí)驗(yàn)分析石墨烯與鋰離子之間的化學(xué)相互作用。Dryfe教授并探索電子究竟能多快速穿過石墨烯以及可儲(chǔ)存在石墨烯表面的電容大小。
該計(jì)劃的另一項(xiàng)重點(diǎn)是基于石墨烯的超級(jí)電容器通常具有高功率性能以及比電池更長的壽命，但儲(chǔ)存容量卻較低。不過，研究人員仍看好以電池作為補(bǔ)強(qiáng)該整合儲(chǔ)存方案的一部份。
根據(jù)Forsyth教授表示，石墨烯電池與超級(jí)電容器的結(jié)合，可為電動(dòng)車的銷售帶來強(qiáng)大的推動(dòng)力。目前，這些環(huán)保汽車使用重量高達(dá)200公斤的電池，差不多是三位乘客的重量了。透過減輕電池的重量，石墨烯將有利于提高汽車的能效，以及增加電動(dòng)汽車的續(xù)航力達(dá)到超過目前約100公里的限制。
Forsyth教授強(qiáng)調(diào)，如果我們能夠延長電動(dòng)車在兩次充電站之間的續(xù)航力，應(yīng)該馬上就能讓電動(dòng)車變得大受歡迎。但電池如何能突破實(shí)際生活中的駕駛限制？電動(dòng)車就像其他所有的汽車一樣仍無法順暢地驅(qū)動(dòng)。如同駕駛?cè)嗽诩铀贂r(shí)一樣，對(duì)于電力急劇需求的高峰，將會(huì)為電池帶來壓力，而且還可能會(huì)限制其使用壽命。
為了測(cè)試結(jié)合石墨烯電池和超級(jí)電容器的原型是否能夠勝任這項(xiàng)工作要求，F(xiàn)orsyth教授透過模擬不同駕駛情況使其暴露于現(xiàn)實(shí)世界壓力下。他表示，我們甚至可測(cè)試駕駛于極端氣候情況的駕駛技術(shù)。許多電池在嚴(yán)寒天氣條件下難以發(fā)揮作用，經(jīng)由我們的氣候室可發(fā)現(xiàn)任何弱點(diǎn)。
當(dāng)然，基于石墨烯的儲(chǔ)存并不限于傳輸。隨著英國變得更加依賴于可再生能源，它還將在國家電網(wǎng)的未來發(fā)揮重要作用。Forsyth教授質(zhì)疑道，如果我們只依賴太陽能和風(fēng)能來產(chǎn)生能量的話，有一天當(dāng)烏云密布以及微風(fēng)時(shí)又該怎么呢？如果我們能夠開發(fā)出高容量儲(chǔ)能機(jī)制，業(yè)者將能夠先行蓄電以備不時(shí)之需。
在曼徹斯特大學(xué)校園中已經(jīng)安裝了電網(wǎng)級(jí)電池以及轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，用于測(cè)試大規(guī)模的蓄電。研究人員們將利用電池系統(tǒng)來開發(fā)可控制電流流動(dòng)的方法，并調(diào)整發(fā)電量和當(dāng)?shù)匦枨笾g的差異。
電池似乎是電動(dòng)汽車普及的一個(gè)限制因素，電動(dòng)汽車使用的電池又大又重，它們是汽車中最昂貴的部件之一，與汽油動(dòng)力、汽車相比，它們的行駛里程有限。這些電池充電需要很長時(shí)間，而且速度很慢。為了解決這個(gè)問題，許多人都在尋找石墨烯電池作為解決方案。石墨烯電池可以通過許多不同的方式改進(jìn)現(xiàn)有的電池技術(shù)，比如提高電池的使用壽命和性能。
超級(jí)電容器石墨烯
超級(jí)電容器由兩層石墨烯組成，中間有一個(gè)電解質(zhì)層。這部電影很強(qiáng)大，非常的薄，并且能夠在很短的時(shí)間內(nèi)釋放大量的能量，這是至關(guān)重要的。超級(jí)電容在短時(shí)間內(nèi)提供高功率輸出，這意味著汽車的加速速度和充電時(shí)間僅需幾分鐘，而標(biāo)準(zhǔn)的電動(dòng)汽車電池則需要幾個(gè)小時(shí)。
普通電池占據(jù)了大量的空間，而超級(jí)電容膜則可以集成到車輛的多個(gè)區(qū)域，如車身面板、車頂、地板和門。超級(jí)電容器可以為車輛提供所需的能量，同時(shí)使車輛本身更輕。
基于石墨烯的超級(jí)電容薄膜將能夠在幾分鐘內(nèi)完全充電，而不是傳統(tǒng)電池所需要的幾個(gè)小時(shí)。但是，盡管它可能比標(biāo)準(zhǔn)電池更快地充電和釋放能量，但它們目前的能量卻不那么大。這是科學(xué)家們希望通過進(jìn)一步研究改變的一個(gè)方面。“未來,希望即將開發(fā)的超級(jí)電容器存儲(chǔ)更多的能量比鋰電池,同時(shí)保留的能力釋放能量快10倍——這意味著汽車可以完全由超級(jí)電容器的車身。在一次充電之后，這輛車應(yīng)該能跑到500公里(310英里)——類似于汽油動(dòng)力車，是目前電動(dòng)汽車的兩倍多。”
因?yàn)槌?jí)電容器是由石墨烯制成的，一層碳只有一個(gè)原子厚，所以薄膜是一個(gè)更生態(tài)的選擇。此外，由于碳的來源比傳統(tǒng)電池中的鋰更容易獲得，隨著時(shí)間的推移，它可能會(huì)變得相當(dāng)經(jīng)濟(jì)，而且生產(chǎn)變得更加普遍。鋰離子電池的價(jià)格不能大幅降低，因?yàn)殇嚨膬r(jià)格仍然很高。這項(xiàng)技術(shù)并不依賴于金屬和其他有毒物質(zhì)，所以如果需要處理的話，它是環(huán)保的，石墨烯是熱能和電能的優(yōu)良導(dǎo)體。石墨烯也具有化學(xué)惰性，它的表面積很大，但仍然很靈活，而且非常輕。石墨烯通常被認(rèn)為是可持續(xù)和環(huán)保的，有許多不同的可能應(yīng)用。石墨烯電池是一種由石墨烯制成的新型電池，它是一種蜂窩狀的碳原子薄片。隨著電動(dòng)汽車市場(chǎng)份額的增加，新的電池技術(shù)正在被應(yīng)用，以提高其行駛里程和效率。石墨烯電池是一種可以應(yīng)用于電動(dòng)汽車的新技術(shù)。
