В чем преимущества и недостатки материалов на основе графена?

В последние годы спрос на высокоэффективные электрохимические накопители энергии значительно вырос, поэтому многие ученые начали вкладывать средства в разработку и исследование более совершенных электродных материалов. В этой связи большое внимание привлекли материалы на основе графена. Материалы на основе графена рассматриваются как многообещающие высокоэффективные электродные материалы, которые могут улучшить характеристики существующих устройств и сделать устройства следующего поколения более практичными.

Углеродные материалы широко используются в различном оборудовании для хранения энергии и играют очень важную роль. Однако из-за низкой плотности пористых углеродных материалов и наноуглеродных материалов плотность хранения электрода с высоким содержанием углерода всегда очень мала, что приводит к низкой объемной плотности энергии.

Хотя графен сталкивается с той же проблемой или даже хуже, контролируемое сочетание графена и конструкции электродной структуры может привести к электроду на основе графена высокой плотности. Кроме того, во многих случаях собранные интегрированные электроды на основе графена не содержат никакого проводящего агента или связующего, что способствует дальнейшему увеличению объемной плотности энергии.

Материалы на основе графена являются многообещающими, и существуют возможности и проблемы для использования материалов на основе графена в качестве электродных материалов.

В качестве потенциального электродного материала для электрохимических накопителей энергии графен имеет много преимуществ перед другими традиционными углеродными материалами и наноуглеродными материалами. Обладая стабильной физической структурой, большой удельной поверхностью и хорошей электропроводностью, графен является практически идеальным материалом для большинства электрохимических накопителей энергии.

Кроме того, производительность вывода графена также достигла значительного прогресса: использование двумерной слоистой структуры может быть преобразовано в различные трехмерные структуры, а также с регулируемой структурой пор. В этой статье мы рассмотрели применение материалов на основе графена в жидких литий-ионных батареях, литиево-серных батареях, литиево-кислородных батареях, NIB и SC. Мы обнаружили, что нанесение графена на эти устройства может значительно улучшить их производительность.

Некоторые заметные преимущества графена заключаются в следующем:

1. Графен является подходящей углеродной подложкой для неуглеродных материалов. Его простое нанесение и большая удельная поверхность облегчают гибридизацию и равномерное распределение других активных компонентов на его поверхности, что значительно улучшает коэффициент использования этих компонентов. Кроме того, графен легко использовать для создания взаимосвязанной проводящей сети между двумя активными частицами или даже целым электродом. Такая сеть помогает улучшить стабильность циркуляции электродов.

2. Высокая объемная плотность энергии может быть достигнута за счет использования в устройстве графена вместо традиционных углеродных материалов. Графен представляет собой потенциальное решение для сборки устройств с высокой плотностью энергии.

3. Ожидается, что из гибкого графена будут производиться гибкие устройства хранения энергии. Используя графен и его компоненты, можно приготовить очень гибкие коллекторные жидкости, что дает нам метод замены коллекторных жидкостей из хрупких металлов. Кроме того, интегрированный гибкий электрод может быть изготовлен с использованием графена, что помогает решить проблему разделения собирающих жидкость активных материалов в процессе многократного изгиба.

В дополнение к вышесказанному, графен обладает множеством превосходных свойств по сравнению с традиционными углеродными материалами, что может способствовать практическому применению различных новых аккумуляторных систем. Согласно недавнему исследованию, в высокоэнергетических натрий-серных батареях, работающих при комнатной температуре, в качестве электродов используются композиты углерода и серы. Мы можем ожидать, что графен еще больше улучшит характеристики таких батарей. Также было обнаружено, что композиты на основе графена могут быть использованы в качестве высокоэффективного электрокатализатора для цинково-воздушных батарей. Основываясь на этих результатах, нетрудно увидеть огромный потенциал графена в будущих приложениях для хранения энергии.

Хотя материалы на основе графена имеют много преимуществ при применении электрохимических накопителей энергии (EESD), их практическое применение не реализовано в полной мере, и все еще существуют некоторые серьезные проблемы. Именно эти насущные проблемы затрудняют использование материалов на основе графена во многих практических приложениях. Для решения существующих проблем необходимо приложить больше усилий с помощью теоретических расчетов и экспериментальных исследований. Считается, что в ближайшие несколько лет будут совершены дальнейшие прорывы в практическом применении материалов на основе графена и будет достигнут революционный прогресс в устройствах хранения энергии.

Страница содержит содержимое машинного перевода.