电池中石墨烯使用的概述

自2004年以独立形式隔离以来，石墨烯引起了极大的关注，以及各种非凡且理想的电化学特征，这使其成为用于储能应用中最有希望的候选人之一。

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能源存储是一个重要的研究主题，对更大的能源设备性能的渴望和对清洁能源供应的需求引起了很多兴趣。关于石墨烯在储能设备中的电化学应用，从其用作超级电容器到电池的应用，石墨烯在该技术意义上具有重要意义的扇区中的重要性。

什么是石墨烯？

石墨烯是具有二维六边形结构的碳同素同素异形体。通过改变生产技术，可以将其转换为零维富烯，一维碳纳米管和三维石墨。结果，石墨烯是其他石墨化合物的基础。

石墨烯具有多种独特功能。它的拉伸强度为130 GPA，是钢的100倍。它的导热率是钻石的三倍。它在正常温度下是导电性的，并且运行速度要比当今的导体快得多。石墨烯仅由一个碳原子组成。人们认为它具有较大的特定表面积，出色的电导率和类似蜂窝状的结构，使其适合电池应用。

石墨烯电池技术

就像传统电池需要两个电极和一个电解质溶液以促进离子运动一样，石墨烯电池也可以。基于石墨烯的电池与一个或两个电极组成中的固态电池有区别​​。

尽管可以在阳极中使用碳同位素，但阴极是转移发生的地方。典型电池的阴极仅由固态材料形成，但是石墨烯电池的阴极由复合杂种材料组成，该材料将固态金属组件和石墨烯均结合在一起。亚博网站下载

例如，对于锂离子阴极，例如氧化钒的组合（vo²）和石墨烯可用于提供快速的电荷和排放。在这种情况下，vo²具有高能量容量，但电导率低，可以通过连接VO来纠正²将石墨烯作为结构“骨干”，导致杂种材料的容量和高电导率均增加。

石墨烯在电池中的可能应用

石墨烯有可能创建具有目前不可能的功能的下一代储能系统。因为当前的电池和超电容器很僵硬，因此弯曲可能会导致电解质泄漏和细胞损坏。另一方面，石墨烯可能以正常表面的方向变形而不会造成任何伤害，因为其二维，一原子厚的结构。

石墨烯是由于其巨大的表面积，固有的机械柔韧性和出色的电气性能而引起的柔性电池的潜在材料。

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此外，由于石墨烯可以在电极中促进更快的离子和电子传输，因此可以在一小部分时间内为支持石墨烯的锂离子电池充电并放电。例如，在柔性石墨烯泡沫顶部装有纳米级lifepo的锂离子电池₄阴极和李₄ti₅o₁₂阳极材料可能亚博网站下载在18秒内充满电。阳极也可以用纯石墨烯制成，以提高容量和电荷/排放速率。

由于其高电导率和透明度高达97.7％，石墨烯是提高透明电池效率的有前途的竞争者。它可以用作透明的储能设备，智能窗口，太阳能电池和其他光电系统中的电极。

当前的挑战

研究人员开发了基于石墨烯的电池，近来的电池优于市售电池。但是，该技术尚未商业化。仍有两个关键障碍要克服：

• 高质量石墨烯的有效量产技术的稀缺性。
• 目前，生产成本过于昂贵。

根据材料质量要求，生产一公斤石墨烯的成本成千上万美元。由于目前在超级电容器中使用的活性炭很便宜（每公斤15美元），因此竞争材料发现很难进入商业市场。亚博网站下载

电池中石墨烯使用的最新研究

在过去的十年中，科学家一直在努力提高当前电池的整体电化学性能和可靠性。他们创建并测试了多个配备了石墨烯复合材料的电池。使用简单的模板自组装方法，研究人员创建了最佳的氧化石墨烯/硅复合材料。石墨烯形成了一个三维网络，该网络平均支持硅纳米颗粒。yabo214

当前的锂离子聚合物电池比基于石墨烯的准固定态锂 - 氧气电池具有更低的重量和容量密度。该系统由3D多孔石墨烯阴极，多孔石墨烯/LI阳极和氧化还原介体修饰的凝胶聚合物电解质组成。

结论

基于石墨烯的电池在效率方面迅速赶上了传统的固态电池。由于该领域的持续突破，不久之后，基于石墨烯的电池就击败了固态。石墨烯电池是具有同等效率的电池的绝佳替代方法，这就是为什么研究人员正在努力改善这种电池的原因。

参考

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