石墨烯電池在能源領(lǐng)域的應(yīng)用
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-08-13 09:41
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在這其中，石墨烯在能源領(lǐng)域的應(yīng)用是最火熱，也是最被看好的方向。從原理上講，石墨烯作為一種優(yōu)秀的二維導(dǎo)電材料，加入鋰離子電池正極材料（磷酸鐵鋰等）中，即可以提高電極材料的導(dǎo)電性，又可以包裹正極納米顆粒，是對(duì)現(xiàn)有“炭黑+碳納米管”導(dǎo)電劑的升級(jí)換代。
加入石墨烯導(dǎo)電劑的鋰電池，其倍率性能、一致性和壽命都有不同程度的提高（這是優(yōu)點(diǎn)吧）。
此外，石墨烯還可以加入到新的負(fù)極材料（中間相炭微球等）中，提升電極材料的性能，也是一個(gè)未來(lái)發(fā)展的可能性。
這些應(yīng)用雖然不是鋰電池最核心的技術(shù)，對(duì)鋰電池的容量和密度也沒(méi)有較大的改善，但是可以提高電池組乃至新能源汽車(chē)的綜合性能，是石墨烯應(yīng)用領(lǐng)域技術(shù)成熟度比較高的方向。
石墨烯電池，利用鋰離子在石墨烯表面和電極之間快速大量穿梭運(yùn)動(dòng)的特性，開(kāi)發(fā)出的一種新能源電池。
石墨烯電池的基本原理：石墨烯電池在飽和氯化銅溶液中，時(shí)間（小時(shí)、天數(shù)）和產(chǎn)生電壓的關(guān)系。
實(shí)驗(yàn)制成電路其中包含LED，用電線連接到帶狀石墨烯。他們只是把石墨烯放在氯化銅（copperchloride）溶液中，進(jìn)行觀察。LED燈亮了。實(shí)際上，他們需要6個(gè)石墨烯電路，形成串聯(lián)，這樣就可產(chǎn)生所需的2V，使LED燈發(fā)亮，就可以得到這個(gè)圖片。
徐子涵和同事說(shuō)，這里發(fā)生情況就是銅離子具有雙重正電荷，穿過(guò)溶液的速度約每秒300米，因?yàn)槿芤涸谑覝叵碌臒崮芰?。?dāng)離子猛烈撞入石墨烯帶時(shí)，碰撞會(huì)產(chǎn)生足夠的能量，使不在原位的電子離開(kāi)石墨烯。電子有兩種選擇：可以離開(kāi)石墨烯帶，和銅離子結(jié)合，也可以穿過(guò)石墨烯，進(jìn)入電路。
原來(lái)，流動(dòng)的電子在石墨烯中更快，超過(guò)它穿過(guò)溶液的速度，所以電子自然會(huì)選擇路徑，穿過(guò)電路。正是這一點(diǎn)點(diǎn)亮了LED燈“釋放的電子更傾向于穿過(guò)石墨烯表面，而不是進(jìn)入電解液。設(shè)備就是這樣產(chǎn)生電壓的，”徐子涵說(shuō)。
因此，這個(gè)裝置產(chǎn)生的能量來(lái)自周?chē)h(huán)境的熱量。他們可以提高電流，只需加熱溶液，也可用超聲波加快銅離子。只依靠周?chē)鸁崃?，就可以使他們的石墨烯電池持續(xù)運(yùn)行20天。但是，還有一個(gè)重要的問(wèn)號(hào)。另一個(gè)假設(shè)是某種化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電流，就像普通的電池。
然而，徐子涵和同事說(shuō)，他們排除了這一點(diǎn)，因?yàn)檫M(jìn)行了幾組控制實(shí)驗(yàn)。然而，這些是在一些補(bǔ)充材料中介紹的，他們似乎并沒(méi)有放在arXiv網(wǎng)站上。他們需要趕在別人做出嚴(yán)肅聲明之前公開(kāi)。從表面價(jià)值來(lái)看，這看起來(lái)是一項(xiàng)非常重要的成果。其他人也在石墨烯中產(chǎn)生過(guò)電流，但只是讓水流過(guò)它，所以這并不真的使人吃驚，移動(dòng)的離子也可以產(chǎn)生這樣的效果。這預(yù)示著清潔的綠色電池，只依靠環(huán)境熱量驅(qū)動(dòng)。徐子涵和同事說(shuō)：“這代表著一個(gè)巨大的突破，研究的是自驅(qū)動(dòng)技術(shù)”。
石墨烯電池的優(yōu)缺點(diǎn)：
優(yōu)點(diǎn)：
1）儲(chǔ)電量是目前市場(chǎng)最好產(chǎn)品的三倍。一個(gè)鋰電池（以最先進(jìn)的為準(zhǔn)）的比能量數(shù)值為180wh/kg，而一個(gè)石墨烯電池的比能量則超過(guò)600wh/kg。
2）用此電池提供電力的電動(dòng)車(chē)最多能行駛1000公里，而其充電時(shí)間不到8分鐘。
3）使用壽命長(zhǎng)。其使用壽命是傳統(tǒng)氫化電池的四倍，是鋰電池的兩倍。
4）重量輕。石墨烯的特性使得電池的重量可以減少為傳統(tǒng)電池的一半，這樣可以提高裝載該電池的機(jī)器的效率。
5）成本低。生產(chǎn)這種電池的公司表示，它的成本將比鋰電池低77%。”
”穩(wěn)定型高，電池壽命長(zhǎng)，充電速度快；
缺點(diǎn)：
傳統(tǒng)導(dǎo)電碳/石墨很便宜，都是論噸賣(mài)的，而石墨烯太貴。一克上千的價(jià)格，這不是一般企業(yè)能夠承受得了的。而數(shù)年前，石墨烯的價(jià)格曾高達(dá)每克5000元，遠(yuǎn)超黃金價(jià)格，普通消費(fèi)者也難以承受。
