为什么石墨烯电池很重要?石墨烯电池到底是什么

新能源电池材料 2020-03-05 15 0

石墨烯

为什么石墨烯电池很重要?石墨烯电池到底是什么
如今,智能手机的电池已经做得相当不错了。但是,你有没有觉得刚充好电的手机,没玩几个小时就自动关机了,这点电量完全不能满足我们的需求。
试想一下,如果我们的手机充一次电就可以连续使用两到三天或者一整周,那不是很好吗?使用石墨烯电池,这可能就不是一件只能空想的事情了。
石墨烯电池目前还不能为智能手机供电,但技术正在进步。未来,石墨烯将成为替代锂离子电池的材料。
什么是石墨烯电池?
在深入探讨石墨烯电池之前,值得快速回顾一下什么是石墨烯及其工作原理。
简而言之,石墨烯就是紧密结合成六边形或蜂窝状结构的碳原子组成。使石墨烯如此独特的原因在于,该结构仅一个原子层厚,实质上使石墨烯片二维化。这种2D结构产生了非常有趣的特性,包括出色的导电性和导热性,高柔韧性,高强度和低重量。在导电性和导热性上,它优于铜(导电性最高的金属元素)。
超级电容器可以使电池寿命更长,并且几乎可以立即充电
在电池方面,石墨烯的功能可以用多种方式来应用。石墨烯作为电池的理想用途是作为“超级电容器”。超级电容器能够像传统电池一样存储电流,也可以迅速地充电和放电。电子在石墨烯中的运动速度能达到光速的1/300,远超于在一般导体里的运动速度,并且,石墨烯还有高传导性、高比表积的特性,这些是它的优势。
2016年,华为曾传出石墨烯应用在电池上的消息,只是华为的“石墨烯电池”是在锂电池中加入了一些石墨烯材料;2017年,三星就宣布其“石墨烯球” 的突破,充电速度提升5倍,电池容量增加45%,但是目前石墨烯电池并未在任何三星手机设备上落地应用......
石墨烯的成本太高,高纯石墨烯每克价格在1000元以上,尚未解决的问题是如何经济地批量生产石墨烯用于电池和其他技术的超薄板。

石墨烯电池化学储能的基本理论
从电化学角度来讲,石墨烯在电池储能器件中所起的作用主要有四种:一种是石墨烯不参与电化学反应,仅仅通过与电解液形成双电层作用来存储电荷,提高电容效果,这种情况主要出现在超级电容器中;另一种则是与活性物质发生电化学反应,通过电子转移而产生法拉第电流,并为电化学反应的生成物提供存储场所,如锂离子电池等,或者虽然不发生电化学反应,但是可以通过与生成物相互作用而将其固定,同样提供存储场所,如锂硫电池;同时,石墨烯电池还可以为电化学反应提供催化效果,降低电化学反应所需的能量势垒,如ORR等;还有一种则是利用自身导电性提高电极的电导率,降低充放电过程中的欧姆电阻。本文主要围绕前面三种作用展开。
石墨烯在储能体系中的电化学行为与其电子结构息息相关。正确认识其电子结构将是更好利用石墨烯材料的有效前提,并且也可以为具体应用领域中石墨烯材料的电子结构调整提供指导思路。"

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