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能量储存一直以来都是问题,随着可再生能源、电动汽车、智能手机、以及包括AppleWatch在内的可穿戴设备的出现,对于在更小体积内储存更多能量的需求越来越迫切。目前的能量密度极限使得电动汽车最多只能行驶几百英里,而智能手机的电池也很少能维持24小时。
纳米材料,特别是石墨烯,在能量储存领域已经引起了极大的关注。这种材料像许多纳米材料一样,具有很高的比表面积,意味着有能力储存大量的电荷,因此科学家对制备石墨烯基超级电容器和用于锂离子电池的石墨烯负极表现出了相当大的兴奋。
石墨烯或是硅电池?
锂离子电池最大的问题之一是石墨负极上能够储存多少电荷。当电池充电时,锂嵌入到石墨中,放电时再被移除。然而,石墨的低容量导致负极只能存储大约150mAh/g(取决于正极的类型)。
研究人员一直在研究硅负极,试图将容量提高到前十年最佳容量的十倍,但进展一直受到两个因素的阻碍。
1.循环寿命差:伴随着吸收和释放锂离子,硅的体积变化高达400%,在循环过程中往往会产生粉碎性的破坏。这又导致电接触的损耗,甚至是硅颗粒和电极涂层的解体。
2.生产成本高:相比于石墨而言,大多数用于生产硅基负极的工艺都是使用昂贵的化学试剂、奇特的合成方法、或者是通常不适于批量生产的资本密集型工艺。
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