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[仪器仪表技术与应用] 放下身段、造福大众的石墨烯产品 [复制链接]

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发表于 2017-7-12 17:35:25 |显示全部楼层

有关石墨烯的神话听了有好几年了,什么石墨烯手机充电5秒,用半个月;电池充电8分钟,汽车行驶1000公里;还说什么,石墨烯将取代石油天然气,成为日常用电的主要来源......耳朵都听得起茧了,生活中还是看不到有石墨烯的影子!问题出在哪儿了?

石墨烯由碳原子组成的单原子层平面薄膜,厚度仅为0.34纳米,单层厚度相当于头发丝直径的十五万分之一。


首先,石墨烯价格昂贵。大家都知道石墨烯的导电性能超强,却不一定清楚它的价格堪比黄金。好比一块纯金的手机电池,谁用得起啊。业内人有个比方,“谁都知道钻石硬度好,可没人用来做菜刀。”

其次,技术难度大。清华能源互联网研究员刘冠伟则表示,石墨烯本身纳米材料的高比表面积等性质与现在的锂离子电池工业的技术体系是不兼容的,完全替代的希望十分渺茫。


正在大家对石墨烯电池失望之际,科学界传来了新成果。

近期,美国华人科学家研制出一种多孔石墨烯复合电极技术,朝着研制充电速度快且续航能力强的电池又迈进了一步。

美国加利福尼亚大学洛杉矶分校段镶锋教授解释,新研制出来的复合电极技术,是以多孔石墨烯为三维框架结构、表面均匀生长纳米颗粒五氧化二铌的方式制成的,它能同时实现充电快和使用时间长这两个目标。


段镶锋举例说,“先前我们听说过快充,但它带来的后果是,电池的使用时间大幅减少。新研制的复合电极技术,对于一个需要充1小时电的手机电池,能把充电时间降到10分钟内,而电池容量并没有减少多少。”也就是说,这项新技术能加快电池的充电速度,又能延长其使用时间。

但这种多孔石墨烯复合电极技术仍有待深入研究、开发,远未应用到我们日常生活中。


那么,石墨烯在当下生活中真是一无用处?事实完全不是这样的。

目前,石墨烯在锂电池中用作3种“添加剂”:1)导电添加剂;2)电极复合材料;3)直接作为负极材料。其中,石墨烯作为导电添加剂时,其导电、放电性能远远优于传统导电剂。石墨烯导电剂是石墨烯高级应用的一种,可用于电动汽车锂电池制造。


当前,新能源汽车已实现石墨烯导电剂的大规模配置。比亚迪、国轩高科以及比亚迪秦、唐系列的电动汽车都采用石墨烯导电剂。

值得一提的是,石墨烯电池性能检测是生产环节中关键的一步。石墨烯经过检测,确定质量合格后,才能交付新能源汽车公司,用于生产动力锂电池。

那么,石墨烯电池性能检测是怎样的呢?位于青岛昊鑫新能源科技有限公司的品质检测实验室内,检测员正进行着石墨烯电池性能的检测:在真空的容器内,将石墨烯浆料按规定步骤合成锂离子电池正极、做极限测试、烘干、组装、通过仪器分析记录其导电参数……这样的测试要求精准度高,他每天至少要做十几组。

正进行着的石墨烯电池性能检测


昊鑫公司的技术总监张晓鸿说,“石墨烯在锂离子电池导电剂方面的推广使用,对提高锂离子电池的性能有显著的帮助。例如,石墨烯可大幅提升锂离子电池的效能,用石墨烯电极做负极,动力锂电池的充电时间将从2小时缩短到10分钟。”张晓鸿解释,在同等条件下,石墨烯的电阻率是传统材料碳纳米管的十分之一,是导电碳黑的四十分之一,导电效果显著,同时电池衰减度显著优于其他导电剂。


虽说石墨烯完全取代锂,成为我们的手机电池还需时日。但它不是越来越接上地气,成为我们生活中的一部分?我们不是已经从中获益不少了吗?


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