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石墨烯在新能源領域的應用

放大字體  縮小字體 發布日期:2019-12-04  來源:石墨烯聯盟
 現階段石墨烯在新能源行業的潛在應用主要集中在鋰離子電池和超級電容器領域,但是隨著行業的發展,其下游領域不斷拓寬,在推動傳統產業升級方面的作用逐漸顯現。
 
  石墨烯-鋰電池行業
 
  隨著制備技術日趨成熟以及下游需求逐漸打開,石墨烯材料對傳統材料的替代將加快,在鋰電池材料領域具有廣泛的應用空間。鋰離子電池作為二次電池,性能優異、應用領域廣,但受限于其電極材料的結構與電解質的性能,鋰離子電池的功率性能相對較弱,針對動力鋰離子電池,這一點表現得尤為突出。因而如何提高鋰離子電池的功率密度并進一步增大其能量密度是當前研究的熱點,同時也是難點。將石墨烯應用到鋰離子電池中可以顯著提升電池相關性能。在負極復合材料中,石墨烯不僅可以緩沖材料在充放電過程中的體積效應,還可以形成導電網絡提升復合材料的導電性能,提高材料的倍率性能和循環壽命。通過優化復合材料的微觀結構,例如夾層結構或石墨烯片層包覆結構,可進一步提高材料的電化學性能。在正極復合材料中,石墨烯形成的連續三維導電網絡可有效提高復合材料的電子及離子傳輸能力。此外,相比于傳統導電添加劑,石墨烯導電劑的優勢在于能用較少的添加量,達到更加優異的電化學性能。
 

石墨烯-超級電容器行業
 
  石墨烯超級電容器具有優異的儲能性能,因此在能源、汽車、信息技術等多領域使用,并從目前的發展趨勢來看,未來將向交通運輸、新能源領域(風能、太陽能發電智能并網等)擴大。石墨烯理論比表面積2630m2/g,高于碳納米管等其他碳材料。它結構完美,其外露的表面可以被電解液充分地浸潤和利用,具有高的比容量,并適合于大電流快速充放電;它物理化學性質穩定,能在高工作電壓下保持結構穩定;同時它具有優異的導電性能,可以促進離子/電子快速傳遞,降低內阻,提高超級電容器的循環穩定性。盡管當前石墨烯價格相對較高,但是隨著制備技術的不斷成熟,未來其價格會逐漸降低。因此,石墨烯被認為是高電壓、高容量、高功率超級電容器電極材料的選擇之一。
 

不同超級電容器材料的性能參數對比

石墨烯-鉛酸電池行業
 
  近年來對炭材料加入鉛酸電池負極對鉛酸電池性能的影響研究發現,炭材料的加入能夠提高電池負極的導電性,限制硫酸鉛晶體顆粒的生長,有利于易溶解小顆粒硫酸鉛的形成,在高倍率放電狀態下,促進硫酸溶液更容易且更深地滲透入負極活性物質中,從而提高鉛酸電池在高倍率部分荷電態(HRPSoC)的循環壽命。石墨烯是單原子層的石墨結構,是碳的二維同素異形體,碳原子按六邊形排列,可與活性物質形成“面–面”接觸。石墨烯具有許多優異的性能,如較好的柔韌性、極小的電阻率、極大的比表面積,穩定的化學性質等,石墨烯的加入可使鉛酸電池性能大幅提高。目前石墨烯在鉛酸蓄電池領域的應用及產業化均取得了很大的突破。
 
 



 
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