Как работают графеновые литиевые батареи, как работают графеновые батареи

Содержание следующее: новая энергетическая батарея разработана с использованием преимущества быстрого и большого количества челночных перемещений ионов лития между поверхностью графена и электродом. Связь между временем (часы, дни) и напряжением, генерируемым графеновыми батареями в насыщенном растворе хлорида меди.

Технологический прорыв ультраконденсатора на основе микрографена можно назвать революционным достижением для батарей. В настоящее время основным методом производства миниатюрных конденсаторов является технология печати на пластинах, которая требует больших затрат труда и средств и препятствует коммерческому применению продуктов. Теперь вы можете сделать более 100 крошечных графеновых суперконденсаторов на одном диске за 30 минут, используя дешевые материалы, из стандартного записывающего устройства DVD или даже дома.

Эксперименты по самозарядке графеновых батарей от тепла окружающей среды

Связь между временем (часы, дни) и напряжением, генерируемым графеновыми батареями в насыщенном растворе хлорида меди.

Полученная схема содержит светодиоды, которые подключены к ленточному графену. Они просто поместили графен на хлорид меди (хлорид меди) в раствор. Светодиод горит. Фактически, им потребовалось шесть последовательно соединенных графеновых цепей, чтобы произвести необходимые 2 В, чтобы светодиодный свет светился, чтобы получить эту картину.

Сюй и его коллеги говорят, что здесь происходит то, что ионы меди, которые имеют двойной положительный заряд, движутся через раствор со скоростью около 300 метров в секунду из-за тепловой энергии раствора при комнатной температуре. Когда ионы врезаются в графеновый пояс, столкновение генерирует достаточно энергии, чтобы не допустить попадания электронов в графен. У электронов есть два варианта: они могут покинуть полосу графена и соединиться с ионами меди, или они могут пройти через графен и войти в цепь.

Оказывается, электроны в графене движутся быстрее, чем через раствор, поэтому электроны, естественно, пройдут путь через цепь. Именно это небольшое количество света заставляет светодиодные лампы «высвобождать электроны, которые с большей вероятностью проходят через поверхность графена, чем в электролит. Именно так устройство генерирует напряжение», - сказал Сюй.

В результате энергия, вырабатываемая устройством, исходит от тепла окружающей среды. Они могут увеличивать ток, просто нагревая раствор, или ускорять ионы меди с помощью ультразвука. Используя только окружающее тепло, они смогли сохранить свои графеновые батареи в течение 20 дней. Но есть важный вопросительный знак. Другая гипотеза состоит в том, что при какой-то химической реакции возникает электрический ток, как в обычной батарее.

Однако Сюй и его коллеги заявили, что исключили это, потому что они провели несколько контролируемых экспериментов. Однако они представлены в некоторых дополнительных материалах и, по-видимому, отсутствуют на веб-сайте arXiv. Им нужно обнародовать информацию, прежде чем кто-либо сделает серьезное заявление. На первый взгляд, это очень важное достижение. Другие люди также создавали токи в графене, но просто позволяли воде течь через него, поэтому неудивительно, что движущиеся ионы могут иметь такой эффект. Это предвещает чистые, зеленые батареи, работающие только от тепла окружающей среды. «Это представляет собой огромный прорыв в изучении самоуправляемых технологий», - сказали Сюй и его коллеги.

Популяризуйте науку:

1. Графеновые батареи - это всего лишь способ обозначить, что это литиевые или другие диэлектрические батареи.

Графен - это сверхтонкий материал, который сам по себе не может накапливать электричество. Он в основном используется для разделения материалов на двух полюсах батареи, поэтому электроны могут очень легко проходить через нее. Другими словами, внутреннее сопротивление аккумулятора очень мало, поэтому он так быстро заряжается.

3. Обладая вышеуказанными знаниями, вы будете знать, что для графеновой батареи того же размера ее емкость не будет иметь большого преимущества или даже недостатка, потому что вам необходимо разработать схему быстрой зарядки. Поэтому использовать графеновую батарею 10 дней и полмесяца невозможно, за исключением некоторых нестандартных конструкций!

4. Основные преимущества графеновых батарей заключаются в их сроке службы и скорости зарядки. После теста графеновая батарея заряжается и разряжается в 2000 раз, коэффициент затухания в пределах 15%, около 40 ~ 80% по сравнению с обычной литиевой батареей, скорость зарядки 5000 мАч может занять полчаса, если конструкция схемы, теоретически может быть заполнена в течение 5 секунд, но узким местом в скорости зарядки является не сама батарея, а зарядное устройство и кабель, для достижения такой высокой мощности линии электропередачи являются большим испытанием.

Не поймите вводящих в заблуждение людей ... Может энциклопедия байду: графеновая батарея

1) графен имеет очень большую удельную поверхность (2630 м2 / г), что может уменьшить поляризацию батареи, тем самым уменьшая потери энергии, вызванные поляризацией.

2) графен обладает отличной электропроводностью и теплопроводностью, то есть имеет хороший электронный канал передачи и стабильность.

3) масштаб слоя листа графена находится на нано-микроуровне, который намного меньше, чем у объемного графита, что уменьшает путь диффузии Li + между листами графена. Увеличение расстояния между пластинами также способствует диффузионной передаче Li + и улучшению энергетических характеристик литий-ионных батарей.

Как работает графеновая батарея? Применение графена в анодных материалах литий-ионных аккумуляторов

Применение и преимущества графена в материалах литиевых анодов и катодных электродов суммированы ниже.

1. Применение графена в анодных материалах литий-ионных аккумуляторов.

Графен напрямую используется в качестве катодного материала для литий-ионных аккумуляторов.

Преимущества прямого накопления лития графена: 1) высокая удельная емкость: ионы лития имеют нестехиометрическое встраивание в графен? Съемный, удельная емкость до 700 ~ 2000 мАч / г; 2) высокая скорость зарядки и разрядки: расстояние между слоями многослойных графеновых материалов значительно больше, чем расстояние между слоями графита, что в большей степени способствует быстрому внедрению и удалению ионов лития. Большинство исследований также показали, что емкость графенового отрицательного электрода составляет около 540 мА · ч / г. Однако из-за разложения большого количества кислородсодержащих групп на его поверхности или реакции с Li + во время процесса зарядки и разрядки емкость аккумулятора снижается, а также значительно ухудшаются характеристики его умножителя.

Дефекты, вызванные легированием гетероатомом, изменят морфологию поверхности материала графенового анода, тем самым улучшая смачиваемость между электродом и электролитом, сокращая расстояние переноса электронов внутри электрода и улучшая скорость диффузии и переноса Li + в материале электрода, так что для улучшения проводимости и термостойкости электродного материала. Например, легированные атомы N и B могут деформировать структуру графена (фиг.1), а также заряжать и разряжать при увеличении 50 мА / г с емкостью 1540 мАч / г, а графеновый материал, легированный N и B, может заряжаться и разряжаться. быстро разряжается за относительно короткое время, а время зарядки и разрядки аккумулятора составляет 30 с при увеличении 25 А / г [2].

Как работает графеновая батарея? Применение графена в анодных материалах литий-ионных аккумуляторов

Тем не менее, у графеновых материалов для непосредственного использования в качестве отрицательного электрода батарей все еще есть некоторые недостатки, в том числе: 1) подготовленные монослойные графеновые листы легко накапливаются, и некоторое пространство для хранения лития теряется из-за уменьшения удельной площади поверхности ; 2) впервые низкий кулоновский КПД, как правило, менее 70%. Из-за большой удельной поверхности и большого количества функциональных групп электролиты будут разлагаться на поверхности графена во время цикла, образуя пленку SEI. В то же время остаточные кислородсодержащие группы на поверхности углеродных материалов вступают в необратимые побочные реакции с ионами лития, что приводит к дальнейшему снижению обратимой емкости. 3) быстрое начальное ослабление емкости; 4) платформа напряжения и отставание напряжения. Поэтому, чтобы решить эту серию проблем, графен и другие материалы объединяются для изготовления композитных анодных материалов на основе графена, которые стали горячей темой в исследованиях литиевых батарей и в направлении разработки литиевых анодных материалов.

Страница содержит содержание машинного перевода.