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石墨烯可做新能源電池?

鉅大LARGE  |  點擊量:973次  |  2022年03月12日  

石墨烯結構一直被認為是理論模型,難以單獨穩定存在,直到2004年英國曼徹斯特大學的物理學家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫通過簡單的“機械剝離法”,利用“膠帶”從石墨表面“撕”出了單層的碳材料——石墨烯,證實了它可以單獨存在。


這兩位科學家也因“在二維石墨烯材料的開創性實驗”,摘得了2010年諾貝爾物理學獎的桂冠。


21世紀的神奇材料石墨烯可以用來做什么?


石墨烯是目前已知的世界上最薄、最強、導熱性最好且擁有強大柔韌性的納米材料:它可以薄到只有一個碳原子的厚度,1毫米厚的石墨薄片能剝離出300萬片石墨烯;它的強度比鋼還要高100倍;它也有優異的導電性;還具有在可見光下透明但不透氣等特殊的性質。


由于身懷諸多“絕技”,“出世”僅10多年的石墨烯已引無數科學家競折腰,不愧為新材料家族的“高帥富”。它可用來制造透明觸摸屏、超靈敏的傳感器、電池、發光二極管(LED)等;還可用來制造防彈衣、航天材料;并有可能成為硅的替代品,在半導體領域“大顯身手”。

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充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

目前,在市場上,以特斯拉為代表的電動車已成為愛車人士眼中的“香餑餑”,但電池是高性能電動汽車最為昂貴的部分。而且,智能手機、相機、游戲機等也都需要大量的鋰電池。


由于石墨烯極高的比表面積(指單位質量物料所具有的總面積),因此化學反應速度和材料利用率更高,而且,石墨烯極佳的導電和導熱性能也有利于鋰離子的擴散傳輸,使鋰離子可以在石墨烯表面和電極之間快速大量地穿梭運動,借此特性研制出的石墨烯鋰電池,能將幾小時的充電時間縮短為幾分鐘。


據西班牙《世界報》2014年報道,西班牙Graphenano公司同科爾瓦多大學合作研究出首例石墨烯聚合材料電池,其儲電量是目前市場最好產品的3倍。用此電池提供電力的電動車最多能行駛1000千米,而其充電時間不到8分鐘。而且,這種電池的使用壽命是傳統氫化電池的4倍、鋰電池的2倍。另外,因石墨烯天生輕盈,此電池的重量僅為傳統電池的一半,使裝載該電池的汽車更加輕量化,進而提高了汽車的燃油效率。


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標稱電壓:28.8V
標稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應用領域:勘探測繪、無人設備

雖然這款電池優點多多,但并不“傲嬌”,Graphenano公司相關負責人稱,此電池的成本將比傳統鋰電池低77%,完全在消費者承受范圍之內。


另外韓國財經雜志《BusinessKorea》網絡版刊文稱,三星研究團隊開發了一項技術,通過在硅表面覆蓋石墨烯制作出了一種新的“硅陰極材料”,制作出的新型電池能提供1.8倍于現今鋰電池的能量密度,而且200次充放電之后,還能維持1.5倍的能量密度,同時保持了其尺寸、體積和安全性。這款電池不僅可用于智能手機和平板電腦,還能使電動汽車一次充電行駛更遠的距離。有鑒于此,很多人認為,石墨烯會是拯救鋰電池的“法寶”。但石墨烯電池的研發成本較高,目前很難普及。如果在不久的將來,這類新產品能實現量產,那么,電池的發展將翻開新的篇章。


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