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石墨烯鋰電池技術研發現狀

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瀏覽:- 發布日期:2017-06-13 20:00:00【

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石墨烯一直以來都是吉林11选5top10遗漏業界期望帶來技術革命的材料,石墨烯負極材料比吉林11选5top10遗漏中慣用的石墨負極材料的充電或放電速度快10倍,這無疑會對動力電池的能量效率提升產生質的影響。那么階段對于石墨烯在鋰電池上的應用都有哪些突破呢?

  • 美加州大學洛杉磯分校制成多孔三維石墨烯架構

加利福尼亞大學洛杉磯分校的團隊制備了一種石墨烯氣溶膠,并用一種簡單的方法將石墨烯氣溶膠轉換成溶劑化的石墨烯三維多孔架構,大大提升了鋰離子交換和導電性。為了制備這種石墨烯架構,科學家們通過一種改進的水熱法, 利用氧化石墨形成自由無支撐的石墨烯氣溶膠立方體。通過簡單的溶劑置換,他們將氣溶膠結構轉換成三維溶劑化的石墨烯架構。然后,可將這種溶劑化石墨烯架構很方便地壓成薄膜,裝入鋰離子紐扣電池,而不損害多孔的石墨烯網絡結構。這種易于制備的陽極不僅可使鋰離子的滲透更為快速,同時還保持了石墨烯片層的大表面積和出色的導電性。研究表明,溶劑化的多孔三維石墨烯氣溶膠結構,具有更好的電化學性能。

  • 韓國科研團隊發明可提升鋰離子電池性能的三維石墨烯材料

韓國科學技術研究院(KAIST)的研究團隊發明的用于鋰離子電池的新型石墨烯電極材料,與常規鋰離子電池相比,充電速度更快,而且電容量不會降低。團隊稱,傳統石墨烯是一種二維碳原子片層,制備方法通常是將石墨溶于一種化學溶液中,然后再將石墨分離成超薄的片層碳材料。

這種方法制備的石墨烯會在碳片層材料上留下少量的雜質。 材料中雜質在經過一定時間的使用后,會降低電池電容。團隊采用化學沉積法,制備了不含任何雜質的三維形式的片層碳材料。與傳統材料制備方法相比,新制備方法制備的石墨烯材料由于不含雜質,制備的電池再充電速度大幅提升。相關測試已經證實,制備的電池在經過10000個再充電周期后,未發生電容降低現象。

  • 美科學家對三維石墨烯納米泡沫電極的氫化處理,提升電池性能

美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室(LLNL)的科研團隊經多次試驗和計算發現,在鋰離子電池(LIBs)中,通過對三 維石墨烯納米泡沫電極進行氫化處理,可顯著提升電 池容量和傳輸性能,這有助于基于石墨烯的高功率電 極材料的研發。團隊的試驗和多種計算表明,對富含缺陷的石墨烯進行刻意的低溫氫處理,可以提升倍率 容量。因為氫原子會與石墨烯中缺陷發生互動,打開 了一些小的開口,促進了鋰離子的滲透,從而提升了離子傳輸。通過提升氫原子最易結合的邊界附近鋰離子的結合度,還能提高可逆容量。

為了研究石墨烯中缺陷的氫化處理對鋰離子儲存能力的作用,研究團隊在 氫接觸的過程中,嘗試了各種不同的加熱條件,并研究 了三維石墨烯納米泡沫(GNF)電極電化學性能,這些電極主要由帶缺陷的石墨烯構成。三維石墨烯泡沫無須使用黏合劑的特點,避免了添加劑使用帶來的負面影響,因此是一種理想材料。該研究表明,對基于石墨烯的陽極材料,進行受控的氫化處理,可作為一種 優化鋰離子傳輸和可逆儲存的有效方法方法。

  1. 美科學家將硅粒子裝在石墨烯“籠 子”里,提升硅-鋰離子陽極

硅材料制成的鋰離子電池陽極的缺點是:陽極容易發生膨脹、破裂,甚至還會與電池電解液發生反應,形成影響電極性能的涂層。為此,美國斯坦福大學和美國能源部NLAC國家加速器實驗室組成的科研團隊設計了一個三步式的簡單方法, 將硅陽極粒子包裹在用石墨烯定制的“籠 子”中,有望解決上述問題。微觀石墨烯籠子的尺寸設計非常完美,大小足以滿足 電池充電過程中硅粒子有足夠的膨脹空間,但同時又足夠緊湊,以便在粒子分離后總能匯攏在一起,這樣就使電極能持續保持大容量。此外,柔性、強健的石墨烯籠子還能阻擋電極與電解液發生有害的化學反應。

團隊的測試結果表明,石墨烯籠子有效提升了粒子的導電性,形成了高蓄電能力并提升了化學穩定性和效率。這種方法還可用于其他電極材料,并有望實現真正意義上的低成本、 高能量密度的電池材料。 為了確保石墨烯籠子發揮良好作用,需與硅粒子的尺寸完好匹配。

  • 印度科學家新型鋰離子電池陽極材料-鈷+石墨 烯氣溶膠結構

印度科學教育和研究學院的科研團隊將氧化鈷融合到一種石墨烯水凝膠中,利用石墨烯 水溶膠三維支撐穩定的機械性能,有效避免了體積膨脹問題。不僅如此,這種充分互聯的混合材料還提升了導電性。團隊采用了一種水熱技術(hydrothermal technique),首先制備了一些質地均勻的微結構(外形 為有趣的玫瑰狀)。然后,再將這種結構固定在還原的氧化石墨烯片層上,以便融于一種石墨烯水溶膠中。與通常鋰離子電池陽極材料相比,這種氧化鈷-石墨烯水溶膠材料表現出超級好的電化學性能。氧化鈷的獨特外形以及它們與還原氧化石墨烯的交錯結構,縮短了鋰離子擴散的距離,也避免了在鋰化反應/去鋰化反應過程中由于體積膨脹造成的一些普遍問題。

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