石墨烯電池是怎么制作的?
來源：寶鄂實業(yè)
2020-03-23 14:38
點擊量：次
什么是石墨烯電池?它是怎么做的?
什么是石墨烯電池?
與體積和組成相比，鋰離子電池具有突出的容量。但有一個缺點:充電時間長。另一個缺點是它們的最大輸出功率。鋰離子電池可能有很大的容量，但它們的最大輸出能力受到過熱風(fēng)險的限制。
石墨烯電池是通過改進(jìn)現(xiàn)有的鋰離子電池而制成的。這是通過在電極上添加石墨烯來實現(xiàn)的，這會改變電極的化學(xué)和物理性質(zhì)。結(jié)果表明，改進(jìn)后的充放電特性和容量明顯提高。改進(jìn)的放電速率意味著石墨烯電池具有更高的最大輸出功率。
石墨烯電池是一項仍在研究中的新技術(shù)。最好的方法還沒有被發(fā)現(xiàn)。在這一領(lǐng)域缺乏知識，同行評議的科學(xué)信息仍然匱乏。我們將嘗試用一個可以在科學(xué)文獻(xiàn)中找到的例子來解釋它是如何工作的。
石墨烯電池是如何制成的?
氧化釩石墨烯電池
萊斯大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種新材料，它是氧化釩(VO2)和石墨烯的混合物。該混合電源可用于鋰離子電池的負(fù)極。測量結(jié)果表明，該混合陰極可以在20秒內(nèi)充滿電和放電，并且可以承受超過1000次的充電循環(huán)。經(jīng)過1000次循環(huán)，容量仍高于90%的標(biāo)稱。
氧化釩在鋰離子電池中具有較高的能量容量。這是因為它們像海綿一樣收集鋰離子。使用氧化釩(VO2)或五氧化釩(VO5)的缺點是，氧化物通常是不良導(dǎo)體。低導(dǎo)電性導(dǎo)致充電和放電速度較慢。
科學(xué)家們已經(jīng)找到了一種利用石墨烯作為氧化釩結(jié)構(gòu)框架的方法，石墨烯是一種優(yōu)秀的導(dǎo)體。這種混合物從氧化釩中獲得了優(yōu)異的容量性能，從石墨烯中獲得了優(yōu)異的導(dǎo)電性，可以快速充電。
該工藝由氧化石墨納米顆粒與VO5粉末混合而成?；旌衔飸腋≡谒胁⒓訜嶂粮邷?。在這樣的溫度下，五氧化二釩還原為VO2，氧化石墨還原為石墨烯。當(dāng)VO2結(jié)晶時，它會形成約10納米厚、600納米寬的納米帶，并帶有一個原子厚度的石墨烯涂層。由于VO2的離子浸入性和石墨烯的高導(dǎo)電性，電子和鋰離子擴散非常快。這兩個特點的結(jié)合，使快速充電和放電率，以及一個高的最大輸出功率為這些電池。
制造石墨烯電池的真正技術(shù)挑戰(zhàn)在于vo2-石墨烯混合物的實際制造。為了生產(chǎn)這種混合物，必須非常精確地控制諸如溫度、壓力和混合物濃度等工藝條件。這些工藝參數(shù)現(xiàn)在已經(jīng)比較熟悉，可以很容易地控制，以實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。
石墨烯磷酸鐵鋰電池
磷酸鐵鋰電池又稱磷酸鐵鋰(LFP)，是一種以磷酸鐵鋰為陰極的可充電電池。LFP電池是一種可充電的鋰離子電池。雖然它們的能量密度低于其他一些消費鋰離子電池，但它們的功率密度更高。功率密度是電池提供能量的速率。
由于它們的高功率密度，在電動汽車上使用它們特別有趣。LiFePo4電池具有更好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，比其他鋰離子電池更安全。鋰離子電池在充電過程中很難點燃，而且與其他鋰離子電池相比，鋰離子電池在充電失敗前更容易被誤用。
石墨烯電池不僅充電速度比鋰離子電池快很多倍，而且容量更大，超過了傳統(tǒng)LFP電池的理論最大容量。
將LiFePo4納米粒子與氧化石墨烯納米薄片進(jìn)行噴霧干燥和退火處理。其結(jié)果是將LiFePo4初級納米顆粒嵌入次級球狀顆粒中，這些次級球狀顆粒松散地包裹在石墨烯片的三維網(wǎng)絡(luò)中。
石墨烯是一種優(yōu)良的導(dǎo)電材料，其使用大大提高了電子的遷移率和遷移率。石墨烯片上的納米孔可以增加整個三維石墨烯基體的Li+遷移率。他們創(chuàng)造的基本上是一個離子海綿，可以吸收鋰離子，同時允許電子在基質(zhì)中自由移動。
