石墨烯在新能源領(lǐng)域的應(yīng)用
作者:中國(guó)科學(xué)院成都有機(jī)化學(xué)有限公司 來(lái)源:http://m.chun-tian.cn 日期:2022-01-05 11:51:31
隨著制備技術(shù)日趨成熟以及下游需求逐漸打開(kāi),石墨烯材料對(duì)傳統(tǒng)材料的替代將加快,在鋰電池材料領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用空間。鋰離子電池作為二次電池,性能優(yōu)異、應(yīng)用領(lǐng)域廣,但受限于其電極材料的結(jié)構(gòu)與電解質(zhì)的性能,鋰離子電池的功率性能相對(duì)較弱,針對(duì)動(dòng)力鋰離子電池,這一點(diǎn)表現(xiàn)得尤為突出。因而如何提高鋰離子電池的功率密度并進(jìn)一步增大其能量密度是當(dāng)前研究的熱點(diǎn),同時(shí)也是難點(diǎn)。將石墨烯應(yīng)用到鋰離子電池中可以顯著提升電池相關(guān)性能。在負(fù)極復(fù)合材料中,石墨烯不僅可以緩沖材料在充放電過(guò)程中的體積效應(yīng),還可以形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)提升復(fù)合材料的導(dǎo)電性能,提高材料的倍率性能和循環(huán)壽命。通過(guò)優(yōu)化復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu),例如夾層結(jié)構(gòu)或石墨烯片層包覆結(jié)構(gòu),可進(jìn)一步提高材料的電化學(xué)性能。在正極復(fù)合材料中,石墨烯形成的連續(xù)三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)可有效提高復(fù)合材料的電子及離子傳輸能力。此外,相比于傳統(tǒng)導(dǎo)電添加劑,石墨烯導(dǎo)電劑的優(yōu)勢(shì)在于能用較少的添加量,達(dá)到更加優(yōu)異的電化學(xué)性能。
2.石墨烯-超級(jí)電容器行業(yè)
石墨烯超級(jí)電容器具有優(yōu)異的儲(chǔ)能性能,因此在能源、汽車、信息技術(shù)等多領(lǐng)域使用,并從目前的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看,未來(lái)將向交通運(yùn)輸、新能源領(lǐng)域(風(fēng)能、太陽(yáng)能發(fā)電智能并網(wǎng)等)擴(kuò)大。石墨烯理論比表面積2630m2/g,高于碳納米管等其他碳材料。它結(jié)構(gòu)完美,其外露的表面可以被電解液充分地浸潤(rùn)和利用,具有高的比容量,并適合于大電流快速充放電;它物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,能在高工作電壓下保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定;同時(shí)它具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能,可以促進(jìn)離子/電子快速傳遞,降低內(nèi)阻,提高超級(jí)電容器的循環(huán)穩(wěn)定性。盡管當(dāng)前石墨烯價(jià)格相對(duì)較高,但是隨著制備技術(shù)的不斷成熟,未來(lái)其價(jià)格會(huì)逐漸降低。因此,石墨烯被認(rèn)為是高電壓、高容量、高功率超級(jí)電容器電極材料的選擇之一。
3.石墨烯-鉛酸電池行業(yè)
近年來(lái)對(duì)炭材料加入鉛酸電池負(fù)極對(duì)鉛酸電池性能的影響研究發(fā)現(xiàn),炭材料的加入能夠提高電池負(fù)極的導(dǎo)電性,限制硫酸鉛晶體顆粒的生長(zhǎng),有利于易溶解小顆粒硫酸鉛的形成,在高倍率放電狀態(tài)下,促進(jìn)硫酸溶液更容易且更深地滲透入負(fù)極活性物質(zhì)中,從而提高鉛酸電池在高倍率部分荷電態(tài)(HRPSoC)的循環(huán)壽命。石墨烯是單原子層的石墨結(jié)構(gòu),是碳的二維同素異形體,碳原子按六邊形排列,可與活性物質(zhì)形成“面–面”接觸。石墨烯具有許多優(yōu)異的性能,如較好的柔韌性、極小的電阻率、極大的比表面積,穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)等,石墨烯的加入可使鉛酸電池性能大幅提高。目前石墨烯在鉛酸蓄電池領(lǐng)域的應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化均取得了很大的突破。
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