Aug 09, 2019 Вид страницы:421
Графен представляет собой гексагональную плоскую пленку с сотовой решеткой, состоящей из атомов углерода. В настоящее время это самые тонкие и самые твердые наноматериалы в мире. Его теплопроводность выше, чем у углеродных нанотрубок и алмазов. При комнатной температуре его электронная подвижность выше, чем у углеродных нанотрубок или кристаллов кремния, а его удельное сопротивление ниже, чем у меди или серебра.
Графен - самый тонкий, самый твердый, самый горячий и самый проводящий материал в мире.
Говорят, что это была «Слеза» Андрея Хайма и Константина Новоселова 2004 года с отрывной лентой из графита. Оба были физиками из Манчестерского университета в Великобритании из-за «двумерного графена». Новаторский эксперимент с материалами получил Нобелевскую премию по физике 2010 года.
Позже графен был широко известен как магический материал. В последние два года графен также был запущен в стране. Статистика показывает, что в 2016 году общий размер рынка графена в Китае превысил 4 миллиарда юаней, а продажи продуктов, связанных с графеном, достигли около 3 миллиардов юаней. Согласно стратегическому альянсу за технологические инновации в графеновой промышленности, китайский рынок графена будет быстро расширяться в 2017 году и, как ожидается, превысит 10 миллиардов юаней, что сделает его крупнейшим потребителем графена в мире.
Графен мгновенно получил признание из всех слоев общества. Моя мама больше не беспокоится о моей выносливости, особенно в электромобилях, где графеновые батареи широко известны как «зарядка за пять минут и пробег на тысячу километров».
Так что, черт возьми, такое графеновая батарея?
Графеновые батареи имеют плотность энергии до 600 Втч / кг, в то время как литиевые батареи (на основе самых передовых) имеют удельную энергетическую ценность 180 Втч / кг.
Другими словами, если электромобиль хочет получить полную энергию батареи силового элемента, вес графенового элемента составляет лишь одну восьмую веса обычного силового элемента (сам графеновый элемент составляет лишь половину веса обычного элемента питания). аккумулятор). Теоретически его срок службы также в четыре раза больше, чем у обычных гидрогенизированных батарей, и в два раза больше, чем у литиевых батарей.
Однако в настоящее время Википедия не определяет батареи из чистого графена. Даже на знаменитую графеновую батарею, которую совместно использовали Графенано и Кордова в Испании, мы дали ему вдвое больше времени, прежде чем нашли прядь волос для массового производства после того, как хвастовство собиралось запустить в производство в 2015 году.
В настоящее время большинство так называемых графеновых батарей на рынке технически добавляются к графену в батареях, таких как литиевые батареи, и они чаще используются в качестве вспомогательных материалов.
Давайте посмотрим на возможные (но только возможные) применения графена в литий-ионных батареях.
В качестве отрицательного полюса:
1, только графен для отрицательного материала;
2, с другими новыми материалами с отрицательной полярностью, такими как материалы на основе кремния и олова, а также соединения переходных металлов для образования композитных материалов;
3, проводящие добавки отрицательного электрода.
Можно ли использовать только графен в качестве материала литиевого электрода?
Используется как перспектива индустриализации анода литиевой батареи
Кривая зарядки и разрядки чистого графена очень похожа на кривую твердого углерода и активированного угля с высокой удельной поверхностью. Оба имеют недостатки, заключающиеся в чрезвычайно низкой эффективности кулоновского кулоновского цикла первого цикла, высокой платформе для зарядки и разрядки, серьезной потенциальной задержке и плохой стабильности цикла. Эти проблемы фактически являются основными электрохимическими характеристиками углеродных материалов с разупорядоченной поверхностью с высокой удельной поверхностью.
Уплотнение и плотность уплотнения графена очень низкие, а стоимость чрезвычайно высока. Нет возможности напрямую заменить графитовые материалы в качестве отрицательных электродов для литий-ионных аккумуляторов. Поскольку невозможно использовать графен только в качестве отрицательного полюса, как насчет графеновых композитных материалов отрицательного электрода?
Графен и другие новые материалы с отрицательной полярностью, такие как материалы на основе кремния и олова, а также композиты, образующие соединения переходных металлов, в настоящее время являются наиболее популярными областями исследований «нанометрового литиевого электричества» и за последние несколько лет опубликовали тысячи статей. Принцип компаундирования заключается в использовании гибкости графенового слоя для сдерживания объемного расширения этих материалов электродов большой емкости во время цикла. С другой стороны, отличная электропроводность графена может улучшить электрический контакт между частицами материала, чтобы уменьшить поляризацию. Все эти факторы могут улучшить электрохимические свойства композитов.
Однако дело не в том, что только графен может улучшить результаты. Используя обычные технологии и процессы композитных углеродных материалов, можно достичь аналогичных или даже лучших электрохимических свойств. Например, композитные материалы отрицательного электрода Si / C, по сравнению с обычными композитными процессами сухого метода, композитный графен не значительно улучшает электрохимические характеристики материала, но из-за дисперсии графена и проблем совместимости сложность процесса увеличивается. . И повлияет на стабильность партии.
Если учесть стоимость материала, производственный процесс, технологичность и электрохимические свойства, возможность того, что графен или графеновые композитные материалы действительно используются для электроотрицательности лития, очень мала.
В качестве положительного полюса:
Он в основном используется в качестве проводящего агента, добавляемого к положительному электроду из фосфата железа для улучшения множителя и низкотемпературных характеристик; Также проводятся исследования по улучшению циклических свойств при добавлении фосфата лития-марганца и фосфата лития-ванадия.
Нет очевидных преимуществ в использовании в качестве проводящего агента.
Давайте продолжим разговор о возможности использования графена в качестве проводящего агента. В настоящее время проводящие агенты, обычно используемые в литиевом электричестве, включают проводящую сажу, ацетиленовую сажу, кориандровую сажу, Super-P и т. Д. Производители аккумуляторов также начали использовать углеродное волокно (VGCF) и углеродные нанотрубки (CNT) в качестве проводящих средства на аккумуляторных батареях.
Принцип того, что графен используется в качестве проводящего агента, заключается в превосходной способности передачи электронов, обусловленной его особой структурой двумерной высокой удельной площади поверхности. Согласно накопленным данным испытаний, VGCF, CNT и графен имеют определенное улучшение характеристик увеличения по сравнению с Super-P, но разница в электрохимических характеристиках между ними мала, и графен не показывает очевидных преимуществ.
Так можно ли добавить графен, чтобы материал электрода взорвался? Ответ - нет. Возьмем, к примеру, аккумулятор iPhone. Увеличение емкости аккумулятора в основном связано с увеличением рабочего напряжения LCO, повышением верхнего зарядного напряжения с 4,2 В до 4,35 В на текущем i-Phone6. Это постепенно увеличивает емкость LCO со 145 мАч / г до 160-170 мАч / г (LCO под высоким давлением должен пройти через фазовое легирование тела, покрытие поверхности и другие меры модификации), и эти улучшения не имеют ничего общего с графеном.
То есть, если вы используете оксид лития-кобальта с напряжением отсечки 4,35 В и емкостью 170 мАч / г, невозможно увеличить емкость литий-кобальта до 180 мАч / г за счет того, сколько графена вы добавите. Не говоря уже о так называемых «графеновых батареях», которые имеют свойство увеличивать емкость в несколько раз. Может ли добавление графена увеличить срок службы батареи? Это тоже невозможно. Графен имеет большую площадь поверхности, чем УНТ, а добавление отрицательных полюсов может только формировать больше SEI и потреблять ионы лития, поэтому УНТ и графен обычно можно добавлять только к положительным полюсам для улучшения увеличения и низкотемпературных характеристик.
Однако богатые функциональные группы на поверхности графена - это небольшие ранки на поверхности графена. Добавление слишком большого количества не только снизит удельную энергию батареи, но также увеличит количество абсорбции электролитической жидкости. С другой стороны, это также усилит побочную реакцию с электролитом и повлияет на циркуляцию. Секс может даже вызвать проблемы с безопасностью. А как насчет затрат? В настоящее время производство графена чрезвычайно дорогое, и так называемые дешевые «графеновые» продукты, представленные на рынке, в основном представляют собой оксиды графена.
Даже оксид графена стоит больше, чем УНТ, а УНТ стоит больше, чем VGCF. А с точки зрения фрагментации и технологичности с VGCF проще работать, чем с УНТ и графеном, что является основной причиной того, что VGCF от Showa Electric постепенно выходит на рынок силовых элементов. Можно видеть, что графен используется в качестве проводящей добавки и в настоящее время не имеет преимуществ с УНТ и VGCF с точки зрения цены.
Каковы реальные применения графена?
У будущего применения графена в литий-ионных батареях мало перспектив. По сравнению с литий-ионными батареями перспективы применения графена в суперконденсаторах, особенно миниатюрных суперконденсаторах, кажутся немного более надежными, но нам все же нужно быть бдительными в отношении некоторой академической шумихи.
Фактически, глядя на многие из этих так называемых «академических открытий», вы обнаружите, что многие профессора намеренно или непреднамеренно перепутали некоторые базовые концепции в своей статье. В настоящее время коммерческие суперконденсаторы с активированным углем имеют плотность энергии 7-8 Вт · ч / кг, что относится к удельной энергии устройства всего суперконденсатора, содержащего все компоненты. Прорывы, упомянутые профессорами, обычно относятся к плотности энергии материала, поэтому фактический источник сверхмощности графена не так хорош, как упоминается в статье.
Напротив, требования к стоимости микроконденсаторов не такие строгие, как у обычных конденсаторов. В качестве электрохимически активных материалов используются графеновые композиты, и выбираются подходящие ионные жидкие электролиты. Можно достичь двойных преимуществ как обычных конденсаторов, так и литий-ионных батарей. Устройства накопления энергии. В нишевых областях, таких как микроэлектромеханические системы (МЭМС), может быть (только возможно) некоторая прикладная ценность.
Страница содержит содержимое машинного перевода.
Оставить сообщение
Мы скоро свяжемся с вами