石墨烯在鋰離子電池電極材料中的應(yīng)用

石墨烯是一層碳原子，由sp2雜化軌道組成，連接到六邊形的二維數(shù)據(jù)。它是世界上已知的最薄、最堅(jiān)固、最堅(jiān)硬的水晶，幾乎完全透明。它只吸收2.3%的可見光，這使得它在理想條件下比普通鋼材強(qiáng)100倍。在室溫下的導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)5300 w / (m˙K)和碳納米管的導(dǎo)熱系數(shù)帽5800 w / (m˙K)及其電子遷移率在室溫超過15000 cm2 /˙s (V),高于一般的碳納米管和超過10倍的硅晶體,它的電阻率大約是10 - 6Ω˙米,低于銅和銀,世界上最小的電阻率數(shù)據(jù),產(chǎn)品理論可達(dá)2630平方米/克比外觀。

 

石墨烯具有完全開放的雙面結(jié)構(gòu)，可以將一系列有機(jī)反應(yīng)與其他數(shù)據(jù)結(jié)合起來(lái)，提高其機(jī)械性能、電學(xué)性能和導(dǎo)熱性能。如果用官能團(tuán)修飾石墨烯，它的化學(xué)活性可以得到增強(qiáng)。石墨烯的這種結(jié)構(gòu)特性也使其適用于電化學(xué)活性數(shù)據(jù)的復(fù)合數(shù)據(jù)，以改善鋰離子電池或超級(jí)電容器等電極數(shù)據(jù)的功能。

 

1. 石墨烯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步

 

1. 國(guó)外發(fā)展

 

石墨烯的制備和使用類別充滿國(guó)際國(guó)家重點(diǎn)投資項(xiàng)目,例如,美國(guó)國(guó)防部研究項(xiàng)目,發(fā)表在2008年7月,總投資2200萬(wàn)美元的碳項(xiàng)目,使用無(wú)線電頻率主要石墨烯基超高速的發(fā)展和低功率射頻電路,用于制造電腦芯片和晶體管。2009年5月，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)(national science foundation)啟動(dòng)了一項(xiàng)耗資63.4萬(wàn)美元、由得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校(university of Texas at Austin)開發(fā)并實(shí)施的基于石墨烯的復(fù)合數(shù)據(jù)超級(jí)電容器項(xiàng)目。其他正在使用的項(xiàng)目包括NanotekInstruments商業(yè)化生產(chǎn)鋰離子電池中的納米石墨烯復(fù)合電極，NanotekInstruments是一家位于俄亥俄州的公司，該公司資助了該項(xiàng)研究的商業(yè)化。

 

在歐盟，歐盟FP7框架項(xiàng)目(FP7)于2008年1月發(fā)布了基于石墨烯的納米級(jí)電子設(shè)備項(xiàng)目計(jì)劃。參與的機(jī)構(gòu)包括德國(guó)的AMO有限公司、意大利大學(xué)的納米電子研究組和英國(guó)劍橋大學(xué)的半導(dǎo)體物理研究組。2009年7月，德國(guó)科學(xué)基金會(huì)宣布啟動(dòng)一項(xiàng)為期6年的石墨烯新前沿研究項(xiàng)目，目標(biāo)是更好地理解和應(yīng)用石墨烯的功能，以開發(fā)功能更好的石墨烯基電子產(chǎn)品。

 

2007年，日本學(xué)術(shù)發(fā)展署(Japan academic development agency)開始在日本東北大學(xué)(tohoku university)開發(fā)石墨烯硅材料/器件的技能。本項(xiàng)目的主要研究方向是“石墨烯-硅”數(shù)據(jù)/工藝技術(shù)，在此基礎(chǔ)上開發(fā)先進(jìn)的輔助開關(guān)設(shè)備和等離子共振赫茲設(shè)備產(chǎn)品。本研究將使實(shí)現(xiàn)無(wú)時(shí)間、超高速、大規(guī)模的電荷轉(zhuǎn)移技術(shù)集成成為可能。

 

2. 國(guó)內(nèi)發(fā)展

 

2014年11月，常州六元信息技術(shù)有限公司在新三板掛牌上市，成為江蘇省首家新三板企業(yè)，也是全國(guó)第二大石墨烯相關(guān)行業(yè)企業(yè)。江南石墨烯研究院是國(guó)內(nèi)最早成立的石墨烯研究院，位于太湖西部科技產(chǎn)業(yè)園。引進(jìn)石墨烯相關(guān)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)13個(gè)，企業(yè)19家，產(chǎn)業(yè)規(guī)劃超過10億元。這表明，中國(guó)在石墨烯及相關(guān)產(chǎn)業(yè)上的資金資源投入是有計(jì)劃的。這與國(guó)家政策、我國(guó)資源環(huán)境有直接關(guān)系。

 

石墨烯不僅產(chǎn)業(yè)規(guī)劃龐大，而且在中國(guó)的發(fā)展也是世界第一，這是國(guó)家資本和資源投入的必然結(jié)果。經(jīng)過專利分析，石墨烯相關(guān)的專利申請(qǐng)開始出現(xiàn)在2002年，并在2008年迅速增長(zhǎng)。在我國(guó)，石墨烯粉末數(shù)據(jù)是涂料、復(fù)合材料、鋰電池、超級(jí)電容器等的核心數(shù)據(jù)，是國(guó)家重點(diǎn)支持的新數(shù)據(jù)類別之一。在石墨烯領(lǐng)域，技能的專利產(chǎn)出是中國(guó)最高的，占總產(chǎn)出的40.25%。