鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:283次 | 2024年01月22日
石墨烯鋰離子電池工作原理,石墨烯電池的原理
內(nèi)容如下:利用鋰離子在石墨烯表面和電極之間快速大量穿梭運(yùn)動的特性,開發(fā)出的一種新能源電池。石墨烯電池在飽和氯化銅溶液中,時間(小時、天數(shù))和產(chǎn)生電壓的關(guān)系。
微型石墨烯超級電容技術(shù)突破可以說是給電池帶來了革命性發(fā)展。目前主要制造微型電容器的方法是平板印刷技術(shù),需要投入大量的人力和成本,阻礙了產(chǎn)品的商業(yè)應(yīng)用。而現(xiàn)在只需要常見的DVD刻錄機(jī),甚至是在家里,利用廉價材料30分鐘就可以在一個光盤上制造100多個微型石墨烯超級電容。
石墨烯電池利用環(huán)境熱量自行充電的試驗
石墨烯電池在飽和氯化銅溶液中,時間(小時、天數(shù))和產(chǎn)生電壓的關(guān)系。
實驗制成電路其中包含LED,用電線連接到帶狀石墨烯。他們只是把石墨烯放在氯化銅(copperchloride)溶液中,進(jìn)行觀察。LED燈亮了。實際上,他們需要6個石墨烯電路,形成串聯(lián),這樣就可產(chǎn)生所需的2V,使LED燈發(fā)亮,就可以得到這個圖片。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
徐子涵和同事說,這里發(fā)生情況就是銅離子具有雙重正電荷,穿過溶液的速度約每秒300米,因為溶液在室溫下的熱能量。當(dāng)離子猛烈撞入石墨烯帶時,碰撞會產(chǎn)生足夠的能量,使不在原位的電子離開石墨烯。電子有兩種選擇:可以離開石墨烯帶,和銅離子結(jié)合,也可以穿過石墨烯,進(jìn)入電路。
原來,流動的電子在石墨烯中更快,超過它穿過溶液的速度,所以電子自然會選擇路徑,穿過電路。正是這一點(diǎn)點(diǎn)亮了LED燈“釋放的電子更傾向于穿過石墨烯表面,而不是進(jìn)入電解液。設(shè)備就是這樣產(chǎn)生電壓的,”徐子涵說。
因此,這個裝置產(chǎn)生的能量來自周圍環(huán)境的熱量。他們可以提高電流,只需加熱溶液,也可用超聲波加快銅離子。只依靠周圍熱量,就可以使他們的石墨烯電池持續(xù)運(yùn)行20天。但是,還有一個重要的問號。另一個假設(shè)是某種化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電流,就像普通的電池。
然而,徐子涵和同事說,他們排除了這一點(diǎn),因為進(jìn)行了幾組控制實驗。然而,這些是在一些補(bǔ)充材料中介紹的,他們似乎并沒有放在arXiv網(wǎng)站上。他們需要趕在別人做出嚴(yán)肅聲明之前公開。從表面價值來看,這看起來是一項非常重要的成果。其他人也在石墨烯中產(chǎn)生過電流,但只是讓水流過它,所以這并不真的使人吃驚,移動的離子也可以產(chǎn)生這樣的效果。這預(yù)示著清潔的綠色電池,只依靠環(huán)境熱量驅(qū)動。徐子涵和同事說:“這代表著一個巨大的突破,研究的是自驅(qū)動技術(shù)”。
科普一下:
標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測繪、無人設(shè)備
1、石墨烯電池只是一種說法而已,其本身還是鋰電池或者其他介質(zhì)電池。
2、石墨烯是一種超級薄的材料,本身是不能存儲電能的,它主要用來把電池的兩極的材料分開,電子可以非常輕易穿過,也就是電池的內(nèi)阻會非常小,也就是為啥其充電速度快的原因。
3、了解了以上的知識,大家也就知道了,同樣體積的石墨烯電池,其容量不會有太大的優(yōu)勢,甚至還有劣勢,因為要設(shè)計快充的電路。所以使用石墨烯電池就可以待機(jī)十天半個月是不可能的,個別變態(tài)設(shè)計除外!
4、石墨烯電池的主要優(yōu)勢在于其使用壽命和充電速度。經(jīng)過試驗測試,石墨烯電池2000次充放電衰減率15%以內(nèi),同比普通鋰電池約40~80%,充電速度5000毫安時的半小時可以充滿,如果電路設(shè)計合適,理論上可以5秒以內(nèi)充滿,但充電速度的瓶頸不在于電池本身,而在于充電器和充電線纜,要達(dá)到這么大功率,對電源傳輸線路是一個很大的考驗。
不懂的不要誤導(dǎo)老百姓了。。。。??梢宰约喊俣劝倏疲菏╇姵?/p>
1)石墨烯具有超大的比表面積(2630m2/g),可降低電池極化,從而減少因極化造成的能量損失。
2)石墨烯具有優(yōu)良的導(dǎo)電和導(dǎo)熱特性,即具備良好的電子傳輸通道和穩(wěn)定性。
3)石墨烯片層的尺度在微納米量級,遠(yuǎn)小于體相石墨的,這使得Li+在石墨烯片層之間的擴(kuò)散路徑縮短;片層間距的增大也有利于Li+的擴(kuò)散傳輸,有利于鋰離子電池功率性能的提高。
石墨烯電池的原理是什么?石墨烯在鋰離子電池負(fù)極材料中的應(yīng)用
下文主要總結(jié)了石墨烯在鋰電正負(fù)極電極材料中的應(yīng)用及其優(yōu)勢。
1.石墨烯在鋰離子電池負(fù)極材料中的應(yīng)用
石墨烯直接作為鋰離子電池負(fù)極材料
石墨烯直接儲鋰的優(yōu)點(diǎn):1)高比容量:鋰離子在石墨烯中具有非化學(xué)計量比的嵌入?脫嵌,比容量可達(dá)700~2000mAh/g;2)高充放電速率:多層石墨烯材料的層間距離要明顯大于石墨的層間距,更有利于鋰離子的快速嵌入和脫嵌。大多研究也表明,石墨烯負(fù)極的容量有540mA·h/g左右,但由于其表面大量的含氧基團(tuán)充放電過程中分解或與Li+發(fā)生反應(yīng)造成電池容量的衰減,其倍率性能也受到較大影響。
雜原子的摻雜帶來的缺陷會改變石墨烯負(fù)極材料的表面形貌,進(jìn)而改善電極-電解液之間的潤濕性,縮短電極內(nèi)部電子傳遞的距離,提高Li+在電極材料中的擴(kuò)散傳遞速度,從而提高電極材料的導(dǎo)電性和熱穩(wěn)定性。例如摻雜的N、B原子可使石墨烯的結(jié)構(gòu)發(fā)生形變(圖1),在50mA/g倍率下充放電,容量為1540mAh/g,且摻雜N、B后的石墨烯材料可以在較短的時間內(nèi)進(jìn)行快速充放電,在快速充放電倍率為25A/g下,電池充滿時間為30s[2]。
石墨烯電池的原理是什么?石墨烯在鋰離子電池負(fù)極材料中的應(yīng)用
但石墨烯材料直接作為電池負(fù)極仍然存在一些缺點(diǎn),包括:
1)制備的單層石墨烯片層極易堆積,比表面積的減少使其喪失了部分高儲鋰空間;
2)首次庫倫效率低,一般低于70%。由于大比表面積和豐富的官能團(tuán),循環(huán)過程中電解質(zhì)會在石墨烯表面發(fā)生分解,形成SEI膜;同時,碳材料表面殘余的含氧基團(tuán)與鋰離子發(fā)生不可逆副反應(yīng),造成可逆容量的進(jìn)一步下降;
3)初期容量衰減快;
4)電壓平臺及電壓滯后。因此,為解決存在的這一系列問題,將石墨烯和其他材料進(jìn)行復(fù)合制作成石墨烯基復(fù)合負(fù)極材料成為現(xiàn)在鋰電池研究的熱點(diǎn)和鋰電負(fù)極材料發(fā)展的一個方向。
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