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第二,石墨烯在锂离子电池最可能发挥作用的领域只有两个:直接用于负极材料和用于导电添加剂吗?
答:太早下定论。下面会告诉大家目前的制约因素,及该怎么突破。切记,石墨烯有600多种,网络上说石墨烯只有单层才符合是过时的信息,否则欧盟怎么会认同这个数字呢?每种石墨烯都有可应用的范畴,只要你具备更多石墨烯材料组合,就代表你比别人拥有更高的成功率。
第三,石墨烯在超级电容中最有可能发挥作用的特性有哪些?
答:相较于传统电容电极,石墨烯超级电容有四大特色:
表面积大,有利于产生高能量密度;
超高导电性,有利于保持高功率密度;
化学结构丰富有利于引入赝电容,提高能量密度;
特殊的电子结构可优化结构与性能关系。这些性质使其成为次世代电极材料的佼佼者。
笔者还是看好超级电容能取代锂离子电池,但谁知道呢?我们正朝把超级电容的能量密度提高到接近锂离子电池而努力,但锂离子电池产业也不是一朝一夕就建成的,两者性能的提升都有其正面意义的。
第四,石墨烯在太阳能电池中最有可能发挥作用的领域有哪些?
答:来自西班牙UniversitatJaumel和英国OxfordUniversity组成的光伏和光电器件组(DFO)的研究团队近日开发了一个光电池设备,使用基于石墨烯材料制成的太阳能电池,可使太阳能电池的有效转化率达到15.6%。该团队的研究论文已经发表在《NanoLetters》期刊上。他们将二氧化钛和石墨烯结合在一起,当做电荷收集器。接着他们使用钙钛矿作为太阳光吸收器。除了改善了太阳能转化率之外,该团队称这个设备还是在低温条件下制造的。通过内嵌几层材料,研究团队还可以使用基于解决方案的配置技术在温度低于150℃的地方处理它。这不仅意味着更低的潜在生产成本,而且意味着这项技术还可能用在柔性塑料上。
第五,石墨烯在燃料电池最有可能发挥作用的领域有哪些?
答:Rao(2008)研究了石墨烯(3~4层)对氢气和二氧化碳的吸附性能。对H2而言,在100bar,298K条件下,最高可达3.1wt%;对,在1bar,195K条件下,其吸附量为21~35wt%。理论计算表明,如果采用单层石墨烯,其H2吸附量可达7.7wt%,完全能满足美国能源部(MOE)对汽车所需氢能的要求(6wt%)。
第六,中车的石墨烯超级电容真的算是突破吗?
答:该公司3伏/12000法拉超级电容依公式1/2*C*V^2得出电位能等于54KJ,换算为15wh,并没有超出目前技术水平太多。一般的18650电池容量能做到3100mAh左右,这样算下来能量密度大约在700Wh/L,超级电容没有做到200kw/kg就没有机会取代锂电池。
第七,有所谓的「石墨烯电池」吗?
答:所谓石墨烯电池并非整个电池都用石墨烯材料制作,而是在电池的电极使用石墨烯材料,所以称为「石墨烯电池」并不恰当。石墨是目前锂离子电池中最常用的负极材料,充电时,Li嵌入到石墨层间形成插层化合物,Li完全嵌入时,每个石墨层都嵌入一层Li,对应化合物LiC6,理论比容量为372mAh/g。当每片单层石墨都以杂乱无章的方式排列,则在单层石墨的两侧表面都可以结合Li,理论比容量提高了一倍,即744mAh/g。由于石墨烯的缺陷位、片层边缘及石墨烯堆积形成的微孔结构都可以储存Li。因此,在理论上石墨烯电极可能有超过石墨两倍的比容量。
如果将石墨烯和SnO2,Mn3O4,CuO等电导率比较低的正极、负极納米材料进行复合,如
Li4Ti5O12、TiO2、LiFePO4等,就能提高锂离子电池的循环性能。中科院金属研究所在PNAS发表论文,将正极材料LiFePO4和负极材料Li4Ti5O12分别与石墨烯复合,制备了LiFePO4-石墨烯/Li4Ti5O12-石墨烯为电极的具有高充放电速率的柔性锂离子电池,石墨烯做为锂离子及电子的通路,同时发挥导电添加剂和集流体的作用。
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