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“真”“伪”石墨烯电池?

2018-6-25
        石墨烯作为革命性的新材料,具有高导电性、高强韧度等特点,未来发展前景十分广阔。随着人们对石墨烯的关注,“石墨烯电池”也走进了人们的视野。那么,石墨烯电池究竟是真是伪呢?
        首先,什么是石墨烯?石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜,是只有一个碳原子厚度的二维材料。其厚度是头发丝的20万分之一,强度是钢的200倍,导热系数高达5300W/m·K,常温下电子迁移率超过15,000cm2/V·s,是世上最薄、最坚硬、导电导热性能最强的一种新型纳米材料。
        但事实上,所谓的石墨烯电池,本质上还是属于锂电池,只是在传统的锂离子电池里添加了点石墨烯:
(1)用于负极材料——与其它新型负极材料(比如硅基和锡基材料以及过渡金属化合物)形成复合材料,改善电化学性能;
(2)用作导电添加剂——用作导电剂添加到磷酸铁锂正极中,改善倍率和低温性能;添加到磷酸锰锂和磷酸钒锂正极提高循环性能的研究;负极导电添加剂。
        有没有全石墨烯电池呢?
        当然。2014年Scientific Reports上曾经发表过一篇文章[1],研究了全石墨烯电池。其功率密度高达6,450Wkg-1,能量密度高达225Whkg-1,与传统锂离子电池相当。但是,单独用于负极材料,纯石墨烯具有首次循环库仑效率极低、充放电平台过高、电位滞后严重以及循环稳定性较差的缺点,而且成本极其昂贵,真正取代石墨类材料直接用作锂离子电池负极的可能性极低。
        所以,综上所述,石墨烯电池并不靠谱,至少并不具有任何优势。但是石墨烯在催化剂、器件、显示等方面仍然是有前景的。对于石墨烯的研究,科学家们上下求索约二十载,但是我们还需要更多的耐心,让石墨烯从学术研究转化到实际应用,真正实现广泛应用。
参考文献
[1] Haegyeom Kim, Kyu-Young Park, Jihyun Hong & Kisuk Kang。All-graphene-battery: bridging the gap between supercapacitors and lithium ion batteries. Scientific Reports volume 4, Article number: 5278.
相关链接:磷酸铁锂
本文由苏州亚科科技股份有限公司编辑