鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:3472次 | 2019年01月07日
石墨烯和鋰電池之間的關(guān)系是什么
我們知道,三星的爆炸事件、蘋果手機(jī)的自動(dòng)關(guān)機(jī)事件,就是電池與手機(jī)的兼容性問題。這其實(shí)就是由于手機(jī)的電池續(xù)航能力、以及支持能力存在的巨大安全隱患。因?yàn)椤爸悄苁謾C(jī)”中有大量芯片,比如音頻芯片、視頻芯片、電源管理芯片、ISP芯片(拍照用)、WIFI芯片、CPU、GPU、基帶等等,人們對智能手機(jī)的性能的要求越來越高,尤其是續(xù)航能力,所以這些芯片的負(fù)荷也就越來越高。
所以,這場變革的臨界點(diǎn)落腳到了材料的創(chuàng)新上面。而今天,華為石墨烯基鋰離子電池已經(jīng)誕生,這也就意味著智能手機(jī)將進(jìn)入下一個(gè)高速發(fā)展時(shí)代!
石墨烯與鋰電池是什么
石墨烯(Graphene)是一種由碳原子以sp2雜化方式形成的蜂窩狀平面薄膜,是一種只有一個(gè)原子層厚度的準(zhǔn)二維材料,所以又叫做單原子層石墨。它的厚度大約為0.335nm,根據(jù)制備方式的不同而存在不同的起伏,通常在垂直方向的高度大約1nm左右,水平方向?qū)挾却蠹s10nm到25nm,是除金剛石以外所有碳晶體(零維富勒烯,一維碳納米管,三維體向石墨)的基本結(jié)構(gòu)單元。
石墨烯和鋰電池有何關(guān)系?
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%
很早之前就有物理學(xué)家在理論上預(yù)言,準(zhǔn)二維晶體本身熱力學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定,在室溫環(huán)境下會迅速分解或者蜷曲,所以其不能單獨(dú)存在。直到2004年,英國曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫,用微機(jī)械剝離法成功從石墨中分離出石墨烯,證實(shí)它可以單獨(dú)存在,對于石墨烯的研究才開始活躍起來,兩人也因此共同獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
石墨烯目前最有潛力的應(yīng)用是成為硅的替代品,制造超微型晶體管,用來生產(chǎn)未來的超級計(jì)算機(jī)。用石墨烯取代硅,計(jì)算機(jī)處理器的運(yùn)行速度將會快數(shù)百倍。
另外,石墨烯幾乎是完全透明的,只吸收2.3%的光。另一方面,它非常致密,即使是最小的氣體分子(氦氣)也無法穿透。這些特征使得它非常適合作為透明電子產(chǎn)品的原料,如透明的觸摸顯示屏、發(fā)光板和太陽能電池板。
作為目前發(fā)現(xiàn)的最薄、強(qiáng)度最大、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能最強(qiáng)的一種新型納米材料,石墨烯被稱為“黑金”,是“新材料之王”,科學(xué)家甚至預(yù)言石墨烯將“徹底改變21世紀(jì)”。極有可能掀起一場席卷全球的顛覆性新技術(shù)新產(chǎn)業(yè)革命。
而“鋰電池”,是一類由鋰金屬或鋰合金為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。1912年鋰金屬電池最早由GilbertN.Lewis提出并研究。20世紀(jì)70年代時(shí),M.S.Whittingham提出并開始研究鋰離子電池。由于鋰金屬的化學(xué)特性非?;顫姡沟娩嚱饘俚募庸?、保存、使用,對環(huán)境要求非常高。所以,鋰電池長期沒有得到應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)在鋰電池已經(jīng)成為了主流。
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
鋰電池大致可分為兩類:鋰金屬電池和鋰離子電池。鋰離子電池不含有金屬態(tài)的鋰,并且是可以充電的???a href="/keywords/cddc/" class = "seo-anchor" data-anchorid=150 target="_blank">充電電池的第五代產(chǎn)品鋰金屬電池在1996年誕生,其安全性、比容量、自放電率和性能價(jià)格比均優(yōu)于鋰離子電池。由于其自身的高技術(shù)要求限制,現(xiàn)在只有少數(shù)幾個(gè)國家的公司在生產(chǎn)這種鋰金屬電池。
石墨烯與鋰電池有何關(guān)系
石墨烯和鋰電池有何關(guān)系?
鋰電行業(yè)對石墨烯在鋰離子電池的應(yīng)用已經(jīng)開展了許多研究,整理如下。
石墨烯用于鋰電正極材料:1.石墨烯對改善磷酸鐵鋰電池倍率性能的研究;2.與磷酸錳鋰和磷酸釩鋰復(fù)合提高循環(huán)性能的研究。
石墨烯用于鋰電負(fù)極材料:1.石墨烯直接作為鋰離子電池負(fù)極;2.石墨烯/SnO2復(fù)合材料作為鋰離子電池負(fù)極;石墨烯/Si復(fù)合材料作為鋰離子電池負(fù)極;石墨烯與Fe2O3、TiO2、Co3O4等復(fù)合作為鋰離子電池負(fù)極;3.負(fù)極導(dǎo)電添加劑。
無論是石墨烯改性正極材料還是與硅基、錫基材料以及過渡金屬化合物形成復(fù)合材料方面的研究,結(jié)論表明石墨烯的加入可改善復(fù)合材料的電化學(xué)性能,但提升幅度有限。另一方面,從商用角度來看,考慮材料成本、加工工藝、批次穩(wěn)定性等因素,石墨烯大規(guī)模應(yīng)用于鋰電充滿了挑戰(zhàn)。
黑科技:石墨烯鋰電池
石墨烯和鋰電池有何關(guān)系?
與傳統(tǒng)鋰離子電池相比,石墨烯鋰電池的優(yōu)勢無疑非常明顯,它主要有耐高溫、壽命長兩大特點(diǎn)。
根據(jù)第四能源得到的信息,通過在電解液中加入高溫抗分解添加劑,配合高溫穩(wěn)定的大單晶正極,大幅提升電池?zé)岱€(wěn)定性。與此同時(shí),通過利用石墨烯高效散熱的特點(diǎn),同等工況下,電池溫度降低5℃。
因此,石墨烯鋰電池能將使用上限溫度提升10℃。在60℃的高溫條件下使用,壽命為普通鋰離子電池的2倍;即便在炎熱氣候地域如中東、非洲,該電池的使用壽命仍可長達(dá)4年以上。
石墨烯鋰電池?zé)o疑是鋰離子電池發(fā)展史上的重大突破。它將拓展鋰離子電池的使用場景,比如烈日暴曬下需要工作的設(shè)備——無人機(jī);還比如電動(dòng)汽車,能讓電動(dòng)汽車在高溫環(huán)境下也有極佳的續(xù)航表現(xiàn)。
瓦特實(shí)驗(yàn)室首席科學(xué)家李陽興向第四能源記者透露,‘石墨烯鋰電池技術(shù)主要解決了三個(gè)難題:第一,電解液加入特殊添加劑,避免其高溫分解;第二,選大單晶三元材料做正極,增強(qiáng)熱穩(wěn)定性;第三,石墨烯的加入,實(shí)現(xiàn)高效散熱?!?/p>
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