登录注册
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
我要投稿
石墨烯是当前炙手可热的新材料,但氧化还原法制石墨烯的历史却由来已久。早在1958年,Hummers便以天然石墨、高锰酸钾和浓硫酸为原料,通过液相氧化插层成功合成了氧化石墨,成为制备氧化石墨的经典方法,2007年,美国Ruoff教授团队通过对氧化石墨进行液相剥离和化学还原,成功制得石墨烯粉体,将氧化石墨与石墨烯跨时空连接起来,而中国科学院山西煤炭化学研究所(以下简称山西煤化所)的石墨烯研发也始于这一年。2010年,诺贝尔物理学奖众望所归颁给石墨烯发现者,石墨烯的研究与产业热潮由此拉开帷幕。短短十年间,石墨烯正走向新材料领域的巅峰。
“爆米花”式制备过程
众所周知,石墨是由石墨烯层层堆叠而成的晶体,氧化还原法的思路即是基于此。既然石墨烯是其基本结构单元,我们要做的就是把它剥开。但石墨是惰性物质,层间结合力强,直接剥离难度大。因此,我们考虑先对石墨氧化插层,获得氧化石墨中间体,晶体层间距由0.335nm扩大到0.6~0.8nm,且层间插入大量含氧官能团和水分子。氧化石墨反应活性很高,对其快速热膨胀,官能团则分解产气形成内压,克服层间范德华力做功,于是就像手风琴一样被拉开,得到单层或少数几层的石墨烯,整个过程类似于“爆米花”。此外,氧化石墨因含氧官能团修饰而具有较强亲水性,在水中极易超声剥离形成氧化石墨烯悬浮液,也是一类极具价值的石墨烯材料。
氧化还原法制石墨烯的化学过程较为简单,易于实现公斤至吨级粉体的量化制备。与物理法和液相插层法相比,同等石墨原料所得石墨烯的剥离效果一般更好,平均层数通常在10层以内,比表面积大于300m2/g。但是,氧化过程会破坏石墨烯的部分晶体结构,引入官能团和缺陷位,因此其导电性将受一定影响。然而,这些官能团和缺陷也可提升石墨烯的表面活性和润湿性,有助于石墨烯在液相和固相中的分散,提高复合材料的界面相容性和整体性能。从表观上看,当采用热还原路线时,所得石墨烯比物理法和液相插层石墨烯更蓬松,通常堆密度都低于5g/L,这一方面佐证了石墨烯的剥离效果好,另一方面也给加工利用增加了难度。
工业级氧化还原石墨烯制备与实验室制备显著不同。在山西煤化所中试实践中,我们将石墨烯制备过程划分为氧化合成、分离纯化、干燥制粉和膨化炭化主体工艺段。上述均为基本的化工单元操作,但由于石墨烯二维结构和纳米材料特殊性,生产工艺和装备开发仍面临诸多挑战。例如,氧化段涉及强酸和强氧化环境,伴随剧烈放热,体系稠而不粘,给反应器设计加工带来难题。山西煤化所在反应器选材和结构设计方面做了大量工作,有效解决了防腐和散热矛盾,反应过程更平稳、安全。在纯化段,氧化石墨在水中吸水性强,pH值升高易凝胶化,与水密度差小,片状颗粒易堵孔,给固液分离带来巨大难题。针对物料特点,山西煤化所设计了分段串联与循环工艺,并自主研发了连续纯化装置,可高效脱除氧化石墨中杂离子,保障石墨烯终端产品纯度。此外,还成功开发干燥制粉和膨化炭化段专用装备,保障了石墨烯的高效、连续、低能耗和安全生产。
储能优势
完美的石墨烯是一种二维的碳原子晶体,其理论比表面积高达2630m2/g,常温下电子迁移率超过15000cm2/Vs,比纳米碳管或硅晶体高,电阻率只有10-6Ω˙cm,比铜或银更低。同时,石墨烯还拥有开放的表面、优异的载流子传输能力和独特的电荷存储机制,为储能新材料的开发打开了新视野。
举例来讲,超级电容器采用表面储能机制,依靠材料表面与电解液间形成双电层来存储电能,而石墨烯的“开放”结构易与电解液充分接触,可大幅提高原子利用效率。石墨烯层间缝隙可为电解液提供缓冲空间,为离子迁移提供顺畅通道,有望提升器件能量密度。此外,石墨烯面内共轭π电子可为电荷传输提供低阻通道,降低储能器件的内阻,大幅提高其功率密度,实现大电流快速充放电。因此,石墨烯新材料的引入有望突破商业化电容炭的储能极限,通过产业链渗透推动超级电容器领域的技术进步。
氧化还原法所制石墨烯表面和边缘通常含有大量的结构缺陷,如官能团和晶格缺陷等,在电化学储能领域可发挥独特的作用。首先,这些缺陷自身即为电化学储能的活性位点,为超级电容器提供丰富的赝电容,为锂离子提供嵌入位;其次,经进一步表面化学反应,可被非金属杂原子修饰,从而实现其酸碱性调控与电子改性,为电化学储能带来全新的表/界面性能;最后,依托其典型二维碳原子sp2共轭结构和表面缺陷“锚接”作用,石墨烯也可成为纳米氧化物、硅负极颗粒、导电聚合物等电化学活性材料的优质载体,形成石墨烯纳米复合电极。大幅提高储能元件能量和功率密度,并防止活性物质在充放电循环中的团聚或脱落,延长电池使用寿命。
特别声明:北极星转载其他网站内容,出于传递更多信息而非盈利之目的,同时并不代表赞成其观点或证实其描述,内容仅供参考。版权归原作者所有,若有侵权,请联系我们删除。
凡来源注明北极星*网的内容为北极星原创,转载需获授权。
加利福尼亚大学洛杉矶分校的研究人员最近发表文章,分享了他们使用一种特定类型的塑料实现更高效能源存储的突破性工作,这种新材料可能为全球可持续能源转型提供解决方案。我们在日常生活中到处使用塑料。塑料有助于保持食物新鲜和医疗设备的无菌状态,并且为电子产品提供绝缘。事实证明,塑料还可以做
2024年12月14日,第二届能源电子产业创新大赛重点终端应用赛道决赛及颁奖活动在广州盛大开幕。本次大赛由工业和信息化部产业发展促进中心与广州市工业和信息化局联合主办,旨在推动能源电子产业的创新发展,推动技术应用创新、商业模式创新、效能提升,为绿色降碳领域提供解决方案和应用案例。大赛以应
北极星储能网获悉,11月19日,北京市经信局发布了《北京市石墨烯产业发展实施方案(2024-2027年)》,根据方案,到2025年,北京石墨烯创新能力显著增强,突破5~10项关键共性技术,面向航空航天、新能源、人工智能领域开发出不少于10类典型产品,形成30项以上高质量专利和10项标准,引进和培育5家以上
备受瞩目的2024(十一届)中国国际石墨烯创新大会于11月1日至3日在宁波成功举行并圆满落下帷幕。本届大会以“烯创未来,赋能发展”为主题,旨在以新质生产力推进新型工业化,推动新材料领域的技术创新、工艺创新和产品创新,推进基础材料从研发、应用、到需求相融合、相匹配,加强国际交流与合作,促进石
时间:2024年11月1日-3日地点:宁波湖畔凯悦尚萃酒店(浙江省宁波市镇海区同源路600号)展会简介国内最专业的先进碳材料应用方向博览会国际最专业的石墨烯材料应用方向博览会国家石墨烯创新中心石墨烯联盟(CGIA)指定展会70000+参会人数30+与会国家1400+报告专家5000+参会单位2000+参会项目博览会展区包括
日前,正泰在出席配电相关会议上发表了题为“石墨烯创新技术在新型电力系统中的应用实践”的主题演讲,深刻剖析在新型电力系统建设的背景下,正泰石墨烯产业的创新应用,吸引了众多行业伙伴前来咨询和探讨,寻求更多共同发展机会。高效电力传输:石墨烯“超导铜”引领节能新纪元随着全球能源结构的转型
为面向国家重大需求,践行国家新材料自立自强新战略,着力解决关键战略材料领域的“卡脖子”核心问题,以及新材料研发、应用、需求脱节的问题,进一步促进石墨烯产业迈向高质量发展新阶段,由石墨烯产业技术创新战略联盟(CGIA)和国家石墨烯创新中心联合主办的“2024年中国国际石墨烯创新大会”将于2024
北极星太阳能光伏网获悉,10月12日,大同新成新材料股份有限公司与西北工业大学、西安科技大学合作共建新型光伏材料联合实验室及柔性钙钛矿太阳能电池工艺及设备开发项目签约揭牌仪式举行。大同新成新材料股份有限公司立足企业创新发展,依托产业优势、专业人才和设备优势,与西北工业大学材料学院合作
北极星储能网获悉,8月18日,福建龙岩永定区石墨烯动力(储能)锂离子电池生产项目签约。据悉,该项目总投资18亿,由深圳宁迪新能源有限公司投建,项目年产4GWh动力电池及储能电池,分两期建设。约定一期项目投产后3年内达产,实现年产值8亿元以上、年纳税5000万元以上。
5月11日,镇江500千伏访仙变电站室外5号主变500千伏侧5042开关汇控柜,喷涂了新型纳米陶瓷散热材料,柜体温度半小时内从26.5℃降到了20.8℃。此次采用的纳米远红外陶瓷材料与高品质石墨烯组合“降温服”,可以大幅提升热管理效率,在不需要外部任何能源、不占用额外体积、不增加设备的情况下,以“零能
“目前,单层石墨烯的市场公价是每克近千元,通过我们的特殊提取技术,可以使成本下降至目前的百分之一。”日前,在参观北京旭华时代科技有限公司(以下简称“北京旭华”)研发车间时,该公司董事长崔旭指着玻璃容器内的黑棕色液体向记者如此介绍。该公司曲面石墨烯已量产下线,当前产量达20吨;预计年
如今双碳目标推动下,工商业储能市场需求已经扑面而来,但实际投资回报仍然困扰着大部分从业人员。工商业储能人还是需要自我调控情绪,既要在无补贴的市场中“耐得住”寂寞,也要从各种政策调整中“坐得住”板凳、挖掘新的希望。尤其在竞争日益激烈的当下,从事工商业储能的人,往往表现出三种“负面”
在储能电站的发展进程中,安全问题始终是高悬头顶的达摩克利斯之剑,是整个行业不可回避的核心要点。而在这关键领域,一家拥有国资背景的机构——华夏金租,正以其独特的优势和坚定的决心,为储能安全保驾护航。当前,随着电力市场改革推进,市场化给予储能越来越多的交易机会,工商业储能作为一种具备
近日,南网储能发布2024年度ESG报告。报告中提到,截至2024年底,运营抽水蓄能电站7座,超过全国总规模的1/6,投运抽水蓄能电站总装机容量达1028万千瓦,总发电量近1400亿千瓦时。截至2024年底,在建9座抽水蓄能项目,总装机规模已达1080万千瓦。
听说有人把10米长的液冷移动储能车开成公路片主角?驰骋神州,跨越5000公里狂刷经验值?4月10日欣旺达储能重磅新品——10米级液冷一体式移动储能车真机将首现北京!这可不是普通货车,是能塞下2MWh电量的“超级移动充电宝”,有它,停电?不存在的!ESIE2025储能展,欣旺达将携储能天团集体出道——这
2025年第一季度,海外市场户用储能需求回暖,远东电池凭借全链路自主研发技术,持续深耕户用储能领域,升级PowerX系列全场景户用储能解决方案。同时产品通过多项国际权威认证,满足全球家庭及小型商业用户需求,助力能源自主化与零碳转型。Power3PLUS专为欧洲三相电标准地区设计,集成光伏逆变、储能电
当地时间4月2日-3日,2025年伦敦太阳能及储能展(SolarStorageLiveLondon2025)在伦敦ExCeL国际展览中心举行。楚能新能源携储能矩阵产品亮相,凭借第四代电池技术迭代与系统级创新,赢得客户一致高度评价。展会上,楚能重点展示了全新一代472Ah电池、longπ314Ah电池、聚能π314Ah电池及CORNEXM6等创新
2025年3月21日,科华集团第八届供应链合作伙伴大会在厦门圆满收官。全球电量传感器先导者,53年电量测量解决方案专家——莱姆电子作为科华集团的长期合作供应商,凭借优质的产品、创新的技术、高效的服务,为客户提供全方位支持,受到客户的高度认可,成功赢得科华“优秀合作伙伴”这一殊荣。本次大会
近期,多座储能电站获最新进展,北极星储能网特将2025年3月21日-2025年4月3日期间发布的储能项目动态整理如下:200MW/400MWhh!这一电化学储能项目落户云南楚雄近日,在“旅居云南遇见楚雄——浪漫花海相约武定”云南武定2025年招商引资推介会暨项目签约仪式上,武定产业园区管委会副主任朱兴龙代表武
2025年这个节点,这个万亿级赛道仍有来自石油巨头、通信寡头、工业巨擘的跨界奇袭。全球能源革命浪潮下,储能产业正经历前所未有的裂变,中国市场内卷严重,不少跨界者铩羽而归。数据显示,2024年新型储能行业洗牌加剧,注销、吊销等异常储能相关企业数量翻番。当前,新型储能行业经历了三个阶段,第一
4月10日上午10:30,新能安将携工商储新品亮相ESIE2025国际储能展A311-1展位。本次发布会以双核驱动长效智能为主题,推出循环寿命突破15000次的工商业储能新品。诚邀行业同仁莅临现场,共同见证!双核驱动长效智能·新能安工商储新品发布会15000次超长循环,15年陪伴不变“芯”日期:2025年4月10日时间
4月11日上午10:30,阳光电源将举行一场主题为“深耕场景×智慧赋能工商业储能发展更优解”的活动,本次活动由四位博士级专家主讲,分别是:寇楠楠博士:来自彭博新能源财经,中国能源转型型专家。曹伟博士:阳光电源产品线总经理,专注于工商业储能。宋婧博士:能源项目研究员,来自WRIChina可持续转型
国内新能源储能器件隔膜开发商「柔创纳科」于近日再次获得数千万元A2轮投资,投资方为中金传化基金。这是公司继2022年底完成金鼎资本数千万元A1轮融资后,不到半年时间内第二次获得知名机构加持。截止本轮融资后,柔创纳科已累计完成五轮融资,融资总额接近壹亿元。本轮融资主要用于超级电容隔膜产能的
据巨湾技研微信公众号消息,2月8日,“巨湾技研储能器件与系统生产基地”主体结构在广州市南沙区正式开工。巨湾技研储能器件与系统总部及生产基地项目位于广州市南沙区南沙大道东涌段东侧,占地面积约18.9万平方米,建筑面积约22.23万平方米,建设内容包含电芯生产车间、电池安全实验车间、试验车间、
北极星储能网获悉,近日,深圳市工业和信息化局发布关于有关项目验收结果公示的通知,用于柔性印刷电子的石墨烯基材料与含储能器件研发、高品质石墨烯和新型二维材料的规模化制备关键技术及其电子与光电器件应用研发、石墨烯基超级电容器电极材料的开发和工程化示范验收合格,石墨烯基复合碳负极材料的
2021年1月18日,今朝时代与深圳清华大学研究院举行了科研合作签约仪式。深圳清华大学研究院常务副院长刘伟强、先进储能材料及器件实验室常务副主任徐永进、新能源与环保技术研究所所长陈建军、先进储能材料及器件实验室副主任王臣,以及今朝时代董事长张俊峰先生、常务副总经理杨国庆先生出席了合作签
主讲嘉宾:苏方远,中国科学院炭材料重点实验室、中国科学院山西煤炭化学研究所副研究员,主要研究领域包括新型电化学储能器件体系及工艺开发、碳材料电化学过程模拟、基于多孔电极理论的储能器件仿真、机器学习在储能器件开发中的应用等。作为负责人及执行负责人完成和主持国家、山西省和国内外企业委
苏方远,中国科学院炭材料重点实验室、中国科学院山西煤炭化学研究所副研究员,主要研究领域包括新型电化学储能器件体系及工艺开发、碳材料电化学过程模拟、基于多孔电极理论的储能器件仿真、机器学习在储能器件开发中的应用等。作为负责人及执行负责人完成和主持国家、山西省和国内外企业委托项目十余
苏方远,中国科学院炭材料重点实验室、中国科学院山西煤炭化学研究所副研究员,主要研究领域包括新型电化学储能器件体系及工艺开发、碳材料电化学过程模拟、基于多孔电极理论的储能器件仿真、机器学习在储能器件开发中的应用等。作为负责人及执行负责人完成和主持国家、山西省和国内外企业委托项目十余
摘要:随着高性能储能装置的快速发展,电化学储能材料要求拥有更高的容量,更高的性能和超长的循环寿命。为了达到这样的要求,需要开发新的电极材料和能量系统。基于石墨炔的材料的研究不但丰富了碳材料的家族成员,在储能领域也显示出巨大的发展潜力。(来源:微信公众号“MaterialsViews”ID:materi
引言:随着可穿戴电子产品市场的不断增长,柔性和可穿戴式储能装置受到越来越多的关注。纤维形状的电池显示出独特的一维结构,具有优越的灵活性、小型化潜力、对变形的适应性和与传统纺织工业的兼容性,特别有利于可穿戴应用。近年来,在纤维形状电池领域的研究前沿,除了具有更高的性能外,多功能化、
微型化与自供电电子系统的快速发展与高度集成化,迫切需要开发电化学微型储能器件,主要包括微型电池和微型超级电容器。其中,平面化微型电池和微型超级电容器因能直接在单一基底上与微电子器件集成,可成为独立的或补充的微电源,引起了广泛关注。近日,中科院大连化物所研究员吴忠帅与中国科学院院士
在各种储能技术中,电化学储能具有更高的效率、更长的循环寿命、更低的成本以及更好的可持续性等优势,已显示出巨大的前景。近来,锂离子电池已成为电化学储能装置的主流,然而由于锂资源稀缺、价格高昂和安全问题,仍需寻找更好的替代品。钠离子电池、钾离子电池和多价电池的研究也正在进行中,但仍然
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
姓名: | |
性别: | |
出生日期: | |
邮箱: | |
所在地区: | |
行业类别: | |
工作经验: | |
学历: | |
公司名称: | |
任职岗位: |
我们将会第一时间为您推送相关内容!