什么是石墨烯电池？石墨烯电池比锂离子电池好吗？

围观能源(稿源) 2022-10-9 16:29 No.1849

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从兼有数字助理功能的智能手机到几乎可以自动驾驶的电动汽车，现代科技的唯一局限似乎只剩下为它们供电的可充电电池。当前的可充电电池，如锂离子电池，提供了一定的一致性和可接受的寿命，但受到相对较低的容量、较长的充电周期和较低的整体充电周期的阻碍。那么石墨烯的出现能否改变电池技术的游戏规则？让我们一探究竟。

了解石墨烯电池

传统电池技术

锂是可充电电池和非可充电电池的常用材料。虽然碱性和锌基电池是可用的，他们通常有较短的使用寿命，是因为他们的高电荷密度。与锂电池不同，这些电池不能在更高的电压下工作。

一次（不可充电）电池由两个电极组成，通过中间电解液只允许电流向一个方向流动。二次（可充电）电池仍然包含两个电极，但是锂离子可以双向流动，这取决于充电还是放电。

阳极通常是锂基（金属氧化物）化合物，阴极是多孔碳。阳极和阴极都有一个刚性结构，具有特定的孔，可以在施加电流时将锂离子吸收到孔中。当没有施加电流时，离子解吸到电解液中。

锂离子的吸收可以发生在阴极和阳极上。当使用电池时，离子向阴极移动。充电时，电流反向，离子被阳极吸收。这一过程允许产生许多循环，从而提高寿命。阴极的材料选择传统上是石墨，但阳极的材料可能有所不同。

石墨烯电池技术

神奇材料与电池相接

近年来，科学界和公众都意识到石墨烯的许多用途以及它所具有的许多不同性质。它确实被贴上了神奇物质的标签，它不仅能传导热能和电能，而且非常柔韧，甚至非常轻和灵活。这种材料最吸引人的特点是它的可持续性和绿色消费。

当石墨烯的优异性能与电池的化学性能结合在一起时，那简直是强强联合，电池的消耗量和寿命都会显著增加。石墨烯的性质是这样的，它不仅能够容纳大量的电荷，而且这些电荷被证明是持久的，没有延长充电时间的连锁反应。使用石墨烯大大减少了电池所需的碳量，并延长了电池的寿命。

这些令人印象深刻的特性被认为是大规模生产大型电池的关键。尽管仍处于起步阶段，但石墨烯电池的大规模生产将大大提高未来汽车的环保程度。

通过将这种材料引入锂离子电池和其他类型的可充电电池，电池性能的改善是非常显著的。

简单概括来说：石墨烯电池技术的结构与传统电池相似，使用两个电极和一种电解质溶液来促进离子转移。石墨烯电池和固态电池的主要区别在于一个或两个电极的组成。

这种变化主要发生在阴极，但也有可能利用阳极中的碳同素异形体。传统电池中的阴极完全由固态材料组成，但石墨烯电池中的阴极使用复合材料（一种包含固态金属材料和石墨烯的混合材料）。

石墨烯的强大机械性能大大延长了电池的使用寿命。这本身是一件好事，也意味着电池可以更努力地工作。换言之，他们可以更快地充电而不限制他们的寿命。

当充电率增加时，典型的电池会退化得更快。石墨烯可以防止这种损坏，这意味着电池在使用诸如快速充电之类的东西时可以使用更长的时间。

可以说石墨烯是目前世界上最具导电性的材料之一，表现出极低的电阻水平。这种低水平的电阻有助于将多余的热能保持在最低限度，从而使整体温度保持在一个低而安全的范围内。较低的电阻是最佳的高速高能功率传输。

石墨烯电池对智能手机意味着什么

石墨烯电池将使智能手机更薄或提供更多的电池容量，同时保持其目前的比例。由于电池能够支持非常高的电流和极快的充电和放电时间，可以以极快的速度相互充电。

尽管便携式石墨烯电池技术还需要几年的时间，但对于未来的智能手机、电子产品、电动汽车等来说，这是一个诱人的前景。幸运的是，混合石墨烯产品已经出现，在未来数月和数年内应该会变得更加普遍和实惠。石墨烯绝对是一项值得关注的技术。

为开发更高效汽车提供动力

可以肯定的是，企业正在大力投资开发使用这种石墨烯技术的电池。为了开发更高效的电动汽车、能跑得更远、仍然环保，这一领域的所有主要参与者公司，都接受了这一新技术。

石墨烯在许多领域被誉为一种神奇的物质，因此它很可能在便携式电源领域得到证明。我们希望，这种神奇的物质很可能成为快速充电、持久耐用、高功率电池的重要组成部分。

石墨烯在电池工业中的未来

目前，石墨烯刚刚被引入并集成到电池技术中。要克服的最大障碍是石墨烯薄片制造工艺的极高价格。随着生产工艺的日益精细化和成本效益的提高，石墨烯的潜在应用将不断增长。

石墨烯最有前途的用途是与传统的锂离子电池结合使用。这是通过在电池的阴极和阳极中加入石墨烯来实现的。简单来说，阴极是能量从电池中流出的地方，阳极是能量流入的地方。阴极和阳极是电阻最大的地方，因此产生热量。通过增加阴极/阳极材料的导电性和降低电阻，可以以更快的速度以更安全的方式传递更多的能量。