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2021年03月02日 | 石墨烯电池的未来将会走多远
2021-03-02 来源：21IC
在科学技术高度发达的今天，各种各样的高科技出现在我们的生活中，为我们的生活带来便利，那么你知道这些高科技可能会含有的石墨烯电池吗?
石墨烯是具有由碳原子组成的六边形蜂窝晶格的平面二维纳米材料。 CC键的长度为0.141nm，理论密度为约0.77mg / m 2，厚度仅为碳原子的直径。 碳原子以sp2的方式参与杂交，并且电子可以在层之间平稳地传导。因此，石墨烯具有优异的导电性，并且目前被认为是具有最小电阻率的材料。这也是石墨烯在电池开发中拥有光明前景的原因。一。
石墨烯材料具有优异的导热性，并且单层材料的理论室温导热率可以达到3000-5000W /(m * K)。此属性可用于研究电池运行期间的散热问题。它具有优异的机械性能，是一种具有优异韧性和强度的材料，可用于柔性电极材料的开发和研究。另外，石墨烯的高比表面积和高透光率也具有很高的研究价值。
锂烯电池是由石墨烯复合纳米材料制成的阴极，以涂覆金属锂为负极，并且陶瓷纤维隔板用于抵抗耐火电解质的成分。涂覆的锂薄片抑制锂树枝状晶体的生长。纤维膜片可以防止意外的树突渗透，并且防火防爆的电解液可以防止火灾和爆炸事故。基于石墨烯的特殊理化特性，石墨烯在电极材料研究领域具有巨大的发展潜力。根据不同的应用领域，石墨烯材料在锂离子电池中的应用可大致分为三类：石墨烯在正极材料中的应用，在负极材料中的应用以及在锂离子电池中的其他应用。
目前，石墨烯以三种形式添加到锂电池中：导电添加剂，电极复合材料，并直接用作负极材料。其中，石墨烯导电添加剂的导电性和放电性能远远优于传统导电剂。它们在制备过程中不涉及复杂的合成过程，因此可控性强，难度低，成功率高。目前，石墨烯对导电剂的研发技术已经比较成熟。
以机械石墨烯为主要新材料制成正极，以涂层金属锂为负极，组成锂烯电池，经过一千多次循环，结果证明，比容量初始最高可达1800mAh/g，100次时稳定在1200mAh/g以上，约等于一般锂电池的4～5倍。200次时稳定在1100mAh/g，400～00次也一直稳定在1000mAh/g以上，至700～800次，都是在900mAh/g以上，至1100次时，也还有700mAh/g以上的比容量，比一般的锂电池高出两三倍。2019年又有了显著进展，在比容量提升至2700mAh/g以上的同时，也感受到了锂烯电池的能量还有很大的上升空间。
研究发现，石墨烯将LiFePO4半包裹后形成的材料可以提高LiFePO4材料的导电性能，但将其全包裹后离子传输效率下降，并推测可能是因为锂离子无法通过石墨烯的六元环结构。有研究人员将LiFePO4纳米颗粒与氧化石墨进行超声混合，制得了微观结构更加工整的LiFePO4/石墨烯复合材料。该材料经过进一步的常规碳包覆后嵌锂比容量大大提升，可在60C高倍率条件下仍然维持在70mAh/g左右。
尽管LGGFlex可以自我修复轻微的划痕，但仍不能改变容易损坏的手机的缺点。但是，如果将来手机和其他数字产品可以使用石墨烯作为外壳，它们将变得坚如磐石。根据美国化学学会的一份报告，石墨烯比钢坚硬200倍，这显然非常耐用。哥伦比亚大学的研究人员说，石墨烯具有一定程度的延展性，可以拉伸20%。换句话说，石墨烯实际上是一种柔性材料，类似于橡胶。三星一直在研究石墨烯晶体管以生产柔性屏幕。另外，石墨烯电池还具有一定程度的耐水性，并有望应用于新一代的防水设备。
石墨烯具有良好的导电性，但是其二维微观结构易于相互堆叠，这使得对石墨烯独立电极材料的研究不尽人意。它主要表现为电池的差速性能和低循环效率。 Honma等人制备的石墨烯的可逆比容量。在第一个循环中可达到540mAh / g(电流密度为50mA / g)，但可逆比容量在多个循环后下降得更快。
史海拾趣
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