鉅大LARGE | 點擊量：4928次 | 2019年05月24日
石墨烯電池是怎么制作的?
什么是石墨烯電池?
與體積和分量比較，鋰離子電池具有杰出的容量。不過也有一個缺陷:充電時間長。另一個缺陷是他們的最大輸出功率。鋰離子電池或許有很大的容量，但由于過熱的風(fēng)險，它們的最大輸出功率是有限的。
石墨烯電池是通過改善現(xiàn)有的鋰離子電池制成的。這是通過在電極中添加石墨烯來完成的，石墨烯可以改變電極的化學(xué)和物理性質(zhì)。成果改善了充放電速率特性和容量。改善的放電速率意味著石墨烯電池具有更高的最大輸出功率。
石墨烯電池是一項新技術(shù)，仍在研討中。最佳的制作工藝還有待發(fā)現(xiàn)。在這一范疇缺少知識，同行評議的科學(xué)資料依然稀缺。我們將試著用一個可以在科學(xué)文獻中找到的比如來解說這個工作原理。
石墨烯電池是怎么制作的?
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
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%
石墨烯氧化釩電池
萊斯大學(xué)的研討人員發(fā)現(xiàn)了一種新資料，它是氧化釩(VO2)和石墨烯的混合物。該混合電源可用于鋰離子電池陰極。測量成果表明，這種混合陰極能在20秒內(nèi)完全充放電，并能承受1000多次充電循環(huán)。1000次循環(huán)后，容量仍優(yōu)于標(biāo)稱的90%。
釩氧化物在鋰離子電池中具有高的能量容量。這是由于它們像海綿一樣收集鋰離子。運用氧化釩(VO2)或五氧化二釩(VO5)的缺陷是，氧化物通常是欠好的導(dǎo)電體。低電導(dǎo)率導(dǎo)致較慢的充放電速率。
科學(xué)家們找到了一種運用石墨烯作為氧化釩結(jié)構(gòu)骨架的方法，石墨烯是一種優(yōu)異的導(dǎo)體。這種混合資料從氧化釩那里承繼了杰出的容量特性，從石墨烯那里承繼了杰出的導(dǎo)電性，從而可以快速充電。
該工藝由氧化石墨納米片與VO5粉末混合而成。混合物懸浮在水中并加熱到高溫。在這些溫度下，五氧化二釩還原為VO2，而氧化石墨則還原為石墨烯。當(dāng)VO2結(jié)晶時，它會形成約10納米厚、600納米寬的納米帶，并帶有單原子厚度的石墨烯涂層。這些帶有幾十微米長，它們有十分大的比表面積，由于VO2的離子浸泡特性和石墨烯的高導(dǎo)電性，使得電子和鋰離子的擴散十分快。這兩個特性的結(jié)合，使快速充放電率，以及高的最高功率輸出這些電池。
制作石墨烯電池的真正技術(shù)難點在于vo2-石墨烯混合資料的實際制作。為了出產(chǎn)這種混合物，必須十分精確地控制溫度、壓力和混合物濃度等工藝條件。這些工藝參數(shù)現(xiàn)在相對比較有名，并且可以很容易地控制，從而完成大規(guī)模出產(chǎn)。
石墨烯磷酸鐵鋰電池
磷酸鐵鋰鋰電池又稱磷酸鐵鋰(LFP)，是一種以磷酸鐵鋰為陰極的可充電電池。LFP電池是一種可充電的鋰離子電池。雖然它們的能量密度比其他一些消費級鋰離子電池要低，但它們的功率密度卻更高。功率密度是電池供給能量的速率指標(biāo)。
由于其較高的功率密度，他們是特別有趣的運用在電動汽車。LiFePo4電池具有更好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，它比其他鋰離子電池更安全。它們在充電過程中很難點燃，LFP電池比其他鋰離子電池在充電失利前更容易被亂用。
石墨烯電池不僅充電速度比鋰離子電池快很多倍，并且容量也更大，超過了傳統(tǒng)LFP電池的理論最大容量。
將LiFePo4納米顆粒與氧化石墨烯納米薄片混合，并采用噴霧干燥和退火等工藝。成果是一種由LiFePo4初級納米顆粒嵌入次級球形微粒組成的資料，這些微粒通過石墨烯片的三維網(wǎng)絡(luò)松散地包裹在一起。
石墨烯是一種極好的導(dǎo)電資料，它的運用大大提高了電子的遷移率和遷移率。石墨烯片上的納米孔可以增加整個三維石墨烯基體的Li+遷移率。他們創(chuàng)造的基本上是一個離子海綿，可以吸收鋰離子，同時答應(yīng)電子在矩陣中自在移動。
當(dāng)運用于石墨烯電池時，這種新型的lifepo4-石墨烯復(fù)合資料產(chǎn)生了很好的效果，使電池具有一些很好的性能。首先，比容量是70毫安每克。這意味著你的手機電池分量或許低于20克。對于電動汽車來說，分量的減輕是一個受到熱烈歡迎的前進，由于電動汽車可以運用數(shù)百公斤的電池來驅(qū)動。充放電率也有所提高。
這些改善的LFP石墨烯電池可以在10℃充電，在20℃放電1000次，容量衰減率僅低于15%。為了更好地理解這一點，假如一個電池的額定電流是1200毫安，這意味著，理論上，它可以供給1200毫安的電流，為一個小時。在這種情況下，1C代表額定電流，在我們的比如中是1200毫安。
普通鋰離子電池的充電溫度為0.5-0.8C，放電溫度可達1℃。另一方面，這些改善的石墨烯電池可以以比傳統(tǒng)鋰離子電池高20倍的速度可靠地充放電。峰值放電率被安全地提高到70C，這是電池功率密度提高70倍。
石墨烯電池運用
快速充電石墨烯電池或許是電動汽車儲能電池的下一步。傳統(tǒng)的電動汽車電池需求很長時間才能充滿電——在某些情況下可以達到5小時。即便充了電，有些汽車的續(xù)航里程也只要50英里左右。石墨烯電池可以供給相同的續(xù)航里程，但充電時間可以縮短到半個小時以下。
