石墨烯動(dòng)力電池的基本形態(tài)、發(fā)展現(xiàn)狀以及前景如何?
石墨烯動(dòng)力電池這個(gè)概念純屬炒作!現(xiàn)有電池分類都以遷移的例子來命名的,如鋰電池,Na電池,鉛酸電池等。愣要說石墨烯電池,估計(jì)用石墨烯做的超級(jí)電容器倒是可以靠個(gè)邊。
但是,個(gè)人認(rèn)為用作電動(dòng)汽車
我第一個(gè)要排出的就是超級(jí)電容器?。‰娙萜魇歉吖β拭芏鹊碾娮釉骷?,后來在里面加了點(diǎn)電解液,發(fā)現(xiàn)竟然有能量密度!于是就把它稱之為超級(jí)電容器。既有能量又有功率,多牛逼啊!但是,那點(diǎn)能量密度真的是太低了,無論怎么改進(jìn),你是無法和電池相比的!
電動(dòng)汽車,我更關(guān)心我充一次電能跑多久,至于我要幾秒加速到100邁并沒有那么重要!所以,電池才是電動(dòng)汽車的不二選擇!個(gè)人觀點(diǎn)。
能量密度高的當(dāng)屬二次鋰電池,包括鋰離子、鋰硫和鋰空氣。能量密度也是前面的小于后面的。石墨烯可以用在其中,主要有導(dǎo)電、存儲(chǔ)鋰離子和抵御活性材料材料體積膨脹等作用。
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前段時(shí)間剛寫了一篇綜述,發(fā)表在Journal of Materials Chemistry A上,感興趣的可以去看看。標(biāo)題是《the applications of carbon nanotubes and graphene in advanced rechargeable lithium batteries》,其實(shí)最開始的標(biāo)題沒這么平庸,叫the roles of ......,本來就是將這兩種最熱的碳在能源領(lǐng)域所起到的具體角色,但是其中一個(gè)審稿人對(duì)這樣分類有意見,后面就把標(biāo)題改平庸了一些。內(nèi)容沒有做大的改變,還比較和石墨烯和碳納米管究竟哪個(gè)好,感興趣可以去細(xì)讀一下,基本上他們的作用都講到了。
接下來要說正文了。
石墨烯的角色有三個(gè):導(dǎo)電:存儲(chǔ)鋰離子做負(fù)極材料和做骨架材料。
1.導(dǎo)電,對(duì)于用作電的物質(zhì)來講,導(dǎo)電很重要,誰也不想產(chǎn)生了電荷結(jié)果導(dǎo)不出去,所以電導(dǎo)率是必須的,現(xiàn)如今很多高容量的活性材料都面臨著電導(dǎo)率很差的缺點(diǎn),像Si,理論高達(dá)4200mAh/g,甩石墨烯十條街,但是電導(dǎo)率是真心差啊,所以這個(gè)時(shí)候石墨烯這種高電導(dǎo)率的物質(zhì)的加入,真是干柴烈火,一發(fā)不可收拾啊。
2.存儲(chǔ),傳統(tǒng)石墨的容量為372mAh/g,將石墨剝開原來中間接觸不到電解液的,現(xiàn)在能接觸到了,容量就自然翻了一番,所以理論上是744mAh,再有點(diǎn)缺陷,上面還能繼續(xù)存儲(chǔ),能達(dá)到1100左右,但是相近原子之間又有排斥作用,所以達(dá)不到這個(gè)理論值。雖然能儲(chǔ)存多了電荷,但是石墨烯類物質(zhì)很容易在表面生成一層SEI膜,極不穩(wěn)定,是很大的一個(gè)安全隱患,所以很少單獨(dú)將石墨烯做活性材料的,主要還是復(fù)合其他物質(zhì)。
3.做骨架。石墨烯做骨架,這個(gè)骨架的意義就比較廣了。因?yàn)槭┑娜嵝?,所以用來和其他容易在充放電過程中發(fā)生體積膨脹和收縮的物質(zhì)復(fù)合,是極好的,又拿Si來舉例,充放電過程中的體積膨脹竟然高達(dá)300%,這樣一張一縮,必然帶來電池容量的極大衰減和結(jié)構(gòu)破壞,安全隱患較大,和石墨烯復(fù)合,就能讓膨脹后的活性物質(zhì)繼續(xù)好好的待在石墨烯的懷抱中,繼續(xù)發(fā)光發(fā)熱,提高循環(huán)壽命。
現(xiàn)在對(duì)石墨烯的研究,做的最多的也是和其他物質(zhì)進(jìn)行復(fù)合帶來小幅提升。在這里發(fā)發(fā)牢騷,現(xiàn)在的科研啊,讓我一度懷疑其必要性,很多時(shí)候,都是這個(gè)混混,那個(gè)摻摻,不能說沒意義,但是總覺得少了一點(diǎn)什么,缺乏科學(xué)研究的真正氣魄和內(nèi)涵。我理想的科研,是在別人看到后覺得眼前一亮,而不是“我靠,就這么摻就發(fā)文章了”,或者“靠,這不和那幾篇差不多嗎?”??蒲械氖澜?,可外面社會(huì)是一樣的。在外打拼靠人脈,偶爾拼拼爹。發(fā)文章也是經(jīng)??咳嗣},還得拼老板。在哪兒混都不容易啊。
然而,現(xiàn)在研究做的如此火熱,手機(jī)電池等還是止步不前,納米科技帶來研究的火熱,但是工業(yè)化仍然十分遙遠(yuǎn)?,F(xiàn)有研究從目前來看,工藝復(fù)雜,成本高,很難工業(yè)化。電池技術(shù)要突破,我還是希望能夠有更加突破性的電池技術(shù)。現(xiàn)有的瓶頸,不是一個(gè)炒得火熱的石墨烯能夠解決的。
















