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
近年来,高性能电化学储能装置的需求大幅度增加,研究人员投入了大量的精力用于开发先进的电极材料。由于可以提高目前使用装置(例如锂离子电池和超级电容器)的性能,并且使得下一代装置锂硫电池、锂离子电池和钠离子电池更加实用,因此具有高性能的石墨烯电极材料已经引起了高度关注。
清华大学深圳研究生院的杨全红教授和康飞宇教授(共同通讯)、吕伟老师(第一作者)等人总结了目前在上述装置中石墨烯材料的用途,并论述了其进展。另外,还讨论了石墨烯在高性能电极材料制备和器件配置中的机遇,更重要的是石墨烯在这些器件中的实际应用的挑战。最后,还简要讨论了未来石墨烯材料的前景和可能的突破。上述内容以题为“Graphene-based materials for electrochemical energy storage devices:Opportunities and challenges”发表在了Energy Storage Materials上。
综述导览图
1简介
电化学储能装置(EESDs),如锂离子电池(LIBs)、锂-硫(Li-S)电池和超级电容器(SCs)等由于电动汽车和可再生能源行业的迅猛发展近年来引起了人们的高度关注。尽管过去几十年来EESDs取得了重大进展,但能源密度、功率密度和使用寿命仍然难以满足要求。随着可穿戴式电子设备的快速发展,迫切需要研发灵活、轻便、高能量密度的EESDs。到目前为止,研究者们在设计和制备具有特定结构、组成和形态的先进电极材料来提高EESD的性能方面已经做出了很大努力。石墨烯是六面体的同素异形体碳和具有代表性的单原子厚度的二维(2D)材料,为了开发其电子、光电子、催化的潜力、储能和感应应用,在过去的十年里它的制备已经促成了大量的研究工作。它呈现出独特的性质,与石墨的三维(3D)完全不同,它具有独立的2D性质。
由于其独特的高表面积结构(理论比表面积(SSA)为2630m2/g)、柔性、机械强度高、化学稳定性好、导电性和导热性优良等特点,因此被认为是用于储能应用理想的材料。此外,其纳米片结构的形态学优点,如高度可及的表面和暴露的活性位点和快速的反应动力学,也有助于电化学能量储存,产生高能量和功率密度。它的灵活性也使得它有希望用于EESDs,既可用作活性材料,也可用作集电器。
图1石墨烯在不同EESDs中的应用
2用于EESDS的石墨烯性质和制备方法
石墨烯是具有2D结构的碳的结晶同素异形体。实验结果表明,室温下石墨烯中的电子迁移率超过15000cm2/Vs,而空穴迁移率几乎相同。石墨烯中的电子即使在室温下也可以覆盖微米距离,而不会分散。它也具有比银低得多的电阻率,石墨烯还具有优异的光学、机械和热性能。对于真空中的原子单层具有高的不透明度,可吸收πα≈2.3%的红光,其中α是微结构常数。它是高强度的材料,其本征拉伸强度为130GPa,杨氏模量为1TPa。
图2通过不同方法制造的石墨烯产品的质量和成本的比较
2.1基于溶液的石墨剥落
基于溶液的石墨剥离是一种很有效的方法,可以大规模生产高质量的石墨烯。石墨可以通过强力超声波在表面活性剂存在下,从极性到非极性类型和水中的许多有机溶剂中剥离并稳定。为了提高效率,溶剂需要具有与石墨烯相似的表面能(70-80mJ/m2)。此外,通过延长超声波时间可以提高石墨烯的剥离效率和浓度。然而,与机械裂解方法不同,超声处理可能在石墨烯晶格中引起缺陷,并在基底平面和边缘上引入羧酸和醚/环氧基形式的氧官能团。虽然质量不如预期的那样理想,但引入官能团和缺陷有助于提高电化学活性并改善石墨烯表面的润湿性,这对于电化学应用是有利的。
2.2从石墨氧化物中剥离和还原
石墨氧化物是石墨氧化的产物,使得石墨层用含氧基团官能化。这些官能团不仅扩大层间距离,而且使石墨烯层亲水化,结果,石墨氧化物易于在液体中剥离成单层氧化石墨烯(GO)。由于成本低、成品率高、加工容易,因此广泛用作大量生产石墨烯材料的前体。为了从石墨氧化物制备石墨烯,需要一种包括剥离和还原的方法来分离各层,消除氧官能团并重新建立平面sp2杂化的碳晶格。热电化学和化学还原方法始终用于实现还原过程。
2.3化学气相沉积(CVD)
在大多数情况下,CVD用于在金属箔上制备大面积和高品质的石墨烯膜,并且由于其高成本和低产率,似乎不适合于大规模生产用于EESD的石墨烯。然而,CVD方法可以制备具有精确控制结构的石墨烯,这对于电化学应用是重要的。通过使用这种方法,垂直取向的石墨烯纳米片可以直接在金属集电器上生长,并且所构造的电容器显示出120Hz电流的有效滤波。这种结构使电子和离子电阻最小化,并且所生产的电容器比通常用于电子器件的低压铝电解电容器具有小得多的RC时间常数。此外,使用Ni泡沫集电体作为模板,可以通过CVD法制备3D石墨烯泡沫,其可以用作许多EESD中的碳框架和集电器,也可以使用Ni粉末和MgO等其他材料作为模板,并且可以在SC或电池中使用制备的纳米颗粒或未包覆的石墨烯。
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。
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
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
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!