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石墨烯電池
來源:
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作者:pmtce820c
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發(fā)布時(shí)間: 2020-12-09
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石墨是鋰離子電池中最常用的負(fù)極材料，充電時(shí)，Li 嵌入到石墨層間形成插層化合物，Li 完全嵌入時(shí)，每個(gè)石墨層都嵌入一層 Li，對(duì)應(yīng)化合物 LiC6，理論比容量為 372mAh/g。當(dāng)每片單層石墨都以雜亂無章的方式排列，則在單層石墨的兩側(cè)表面都可以結(jié)合 Li，理論比容量提高了一倍，即 744mAh/g。
所謂石墨烯電池并非整個(gè)電池都用石墨烯材料制作，而是在電池的電極使用石墨烯材料。
另外，石墨是鋰離子電池中最常用的負(fù)極材料，充電時(shí)，Li 嵌入到石墨層間形成插層化合物，Li 完全嵌入時(shí)，每個(gè)石墨層都嵌入一層 Li，對(duì)應(yīng)化合物 LiC6，理論比容量為 372mAh/g。當(dāng)每片單層石墨都以雜亂無章的方式排列，則在單層石墨的兩側(cè)表面都可以結(jié)合 Li，理論比容量提高了一倍，即 744mAh/g。
由于石墨烯的缺陷位、片層邊緣及石墨烯堆積形成的微孔結(jié)構(gòu)都可以存儲(chǔ) Li。也就是說，在理論上石墨烯電極可能有超過石墨兩倍的比容量。
除此之外，如果將石墨烯和 SnO2，Mn3O4，CuO 等電導(dǎo)率比較低的正極、負(fù)極納米材料進(jìn)行復(fù)合，如 Li4Ti5O12、TiO2、LiFePO4 等，或許將提高鋰離子電池的循環(huán)性能。中科院金屬研究所曾在 PNAS 發(fā)表論文，將正極材料 LiFePO4 和負(fù)極材料 Li4Ti5O12 分別與石墨烯復(fù)合，制備了 LiFePO4-石墨烯 / Li4Ti5O12- 石墨烯為電極的具有高充放電速率的柔性鋰離子電池，石墨烯作為鋰離子及電子的通路，同時(shí)起到了導(dǎo)電添加劑和集流體的作用。
如果將石墨烯和炭黑混合后作為導(dǎo)電添加劑加入鋰電池，或許可以有效降低電池內(nèi)阻，提升電池倍率充放電性能和循環(huán)壽命，而且電池的彎折對(duì)充放電性能沒有影響。而華為、高通此前通過大電流密度下充放電實(shí)現(xiàn)快速充電的做法電池壽命損失很大，盡管這一缺點(diǎn)在近年來已經(jīng)改進(jìn)了不少。相比之下，石墨烯電池的快速充電并不會(huì)像削減電池壽命，而且更有技術(shù)層面的美感。
總而言之，從現(xiàn)今石墨烯技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用以及技術(shù)水平來看，對(duì)石墨烯的很多描述目前還僅存于理論層面，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)未成熟到可以大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用的階段。
僅從石墨烯電池的角度來說，其能量密度在理論上能得到大幅提升甚至翻倍，但迄今為止，石墨烯電池在實(shí)際應(yīng)用中的能量密度提升非常有限。另一方面，由于石墨烯電池中的儲(chǔ)能物質(zhì)依舊是鋰離子，所以石墨烯電池并非像網(wǎng)絡(luò)流傳的那樣是對(duì)鋰電池的顛覆。
石墨烯電池雖在提升鋰電池的充放電速率和鋰電池的壽命方面具有突破性意義，但無論是各大手機(jī)廠商，還是消費(fèi)者，都應(yīng)該對(duì)此保持理智的態(tài)度。
另外，石墨是鋰離子電池中最常用的負(fù)極材料，充電時(shí)，Li 嵌入到石墨層間形成插層化合物，Li 完全嵌入時(shí)，每個(gè)石墨層都嵌入一層 Li，對(duì)應(yīng)化合物 LiC6，理論比容量為 372mAh/g。當(dāng)每片單層石墨都以雜亂無章的方式排列，則在單層石墨的兩側(cè)表面都可以結(jié)合 Li，理論比容量提高了一倍，即 744mAh/g。
由于石墨烯的缺陷位、片層邊緣及石墨烯堆積形成的微孔結(jié)構(gòu)都可以存儲(chǔ) Li。也就是說，在理論上石墨烯電極可能有超過石墨兩倍的比容量。
除此之外，如果將石墨烯和 SnO2，Mn3O4，CuO 等電導(dǎo)率比較低的正極、負(fù)極納米材料進(jìn)行復(fù)合，如 Li4Ti5O12、TiO2、LiFePO4 等，或許將提高鋰離子電池的循環(huán)性能。中科院金屬研究所曾在 PNAS 發(fā)表論文，將正極材料 LiFePO4 和負(fù)極材料 Li4Ti5O12 分別與石墨烯復(fù)合，制備了 LiFePO4-石墨烯 / Li4Ti5O12- 石墨烯為電極的具有高充放電速率的柔性鋰離子電池，石墨烯作為鋰離子及電子的通路，同時(shí)起到了導(dǎo)電添加劑和集流體的作用。
如果將石墨烯和炭黑混合后作為導(dǎo)電添加劑加入鋰電池，或許可以有效降低電池內(nèi)阻，提升電池倍率充放電性能和循環(huán)壽命，而且電池的彎折對(duì)充放電性能沒有影響。而華為、高通此前通過大電流密度下充放電實(shí)現(xiàn)快速充電的做法電池壽命損失很大，盡管這一缺點(diǎn)在近年來已經(jīng)改進(jìn)了不少。相比之下，石墨烯電池的快速充電并不會(huì)像削減電池壽命，而且更有技術(shù)層面的美感。
總而言之，從現(xiàn)今石墨烯技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用以及技術(shù)水平來看，對(duì)石墨烯的很多描述目前還僅存于理論層面，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)未成熟到可以大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用的階段。
僅從石墨烯電池的角度來說，其能量密度在理論上能得到大幅提升甚至翻倍，但迄今為止，石墨烯電池在實(shí)際應(yīng)用中的能量密度提升非常有限。另一方面，由于石墨烯電池中的儲(chǔ)能物質(zhì)依舊是鋰離子，所以石墨烯電池并非像網(wǎng)絡(luò)流傳的那樣是對(duì)鋰電池的顛覆。
石墨烯電池雖在提升鋰電池的充放電速率和鋰電池的壽命方面具有突破性意義，但無論是各大手機(jī)廠商，還是消費(fèi)者，都應(yīng)該對(duì)此保持理智的態(tài)度。
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