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天天喊石墨烯電池 其實(shí)都叫錯(cuò)了

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天天喊石墨烯電池 其實(shí)都叫錯(cuò)了



與石墨相比，不具有層狀結(jié)構(gòu)的石墨烯用作鋰電負(fù)極的產(chǎn)業(yè)化前景不樂觀 。 從目前技術(shù)發(fā)展階段來看，石墨烯電池尚未出現(xiàn) 。
不久前，某知名廠商在法國官方推特上發(fā)布消息，預(yù)告其將是第一個(gè)配備“石墨烯電池”的手機(jī)品牌，并指出這種電池比以前的型號(hào)充電速度更快、更耐用、更小巧 。 雖然不久這則消息被刪除，但這再次引起了人們對(duì)石墨烯及其在電池中所起作用的關(guān)注 。 那么，目前到底有沒有“石墨烯電池”？當(dāng)石墨烯遇到電池又會(huì)給我們帶來哪些驚喜呢？
石墨烯+鋰電池≠石墨烯電池
我們知道，鋰電池由正極、負(fù)極、隔膜、電解液四大材料構(gòu)成，目前主要應(yīng)用的負(fù)極材料為石墨 。 而石墨烯是從石墨中剝離出來、由碳原子組成的只有一層原子厚度（0.35納米）的二維晶體，各項(xiàng)性能優(yōu)于石墨，具有極強(qiáng)導(dǎo)電性、超高強(qiáng)度、高韌性、較高導(dǎo)熱性能等，被譽(yù)為“新材料之王” 。 人們希望其取代石墨充當(dāng)電池負(fù)極，或者用于鋰電池其他關(guān)鍵材料，以期將鋰電池的能量密度和功率密度大幅提高 。
目前，很多人將含有石墨烯材料的電池稱為“石墨烯電池” 。 “其實(shí)，稱這些電池為石墨烯電池并不十分科學(xué)和嚴(yán)謹(jǐn)，并且這個(gè)概念也不符合行業(yè)命名原則，非行業(yè)共識(shí) 。 ”天津大學(xué)化工學(xué)院教授楊全紅在接受科技日?qǐng)?bào)采訪人員采訪時(shí)指出，石墨烯因其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，已經(jīng)在鋰電池中展示出巨大的應(yīng)用潛力 。 但是，作為一種碳納米材料，石墨烯之于鋰電池并未超出目前常用碳材料的作用范疇 。 雖然目前科技論文、企業(yè)產(chǎn)品等關(guān)于石墨烯提升鋰電池性能的消息屢見不鮮，但其核心儲(chǔ)能機(jī)理并未因石墨烯的加入而改變，因此將添加了石墨烯的鋰電池稱為石墨烯電池并不恰當(dāng) 。
此外，從專業(yè)的角度，電池即便以關(guān)鍵材料命名，也一般遵循“正極—負(fù)極活性材料”的規(guī)則，鋰電池的充放電，由鋰離子在正、負(fù)極材料中的嵌入和脫出來完成 。 因此，如果命名為石墨烯電池，則石墨烯應(yīng)該是主要的電極材料，但現(xiàn)在石墨烯類似添加劑，在電池中的主要作用是提高電極的導(dǎo)電性或者導(dǎo)熱/散熱特性，并不是電池正負(fù)極的活性材料 。 因此并不能將這樣的電池命名為石墨烯電池，而將之稱為石墨烯基鋰電池則更準(zhǔn)確 。
“從目前技術(shù)發(fā)展階段來看，石墨烯電池尚未出現(xiàn) 。 石墨具有層狀結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)給鋰離子的嵌入設(shè)置了一個(gè)閘口，是鋰電池具有充放電平臺(tái)和高庫侖效率的決定因素，也是其成為鋰電池關(guān)鍵材料的重要因素之一 。 ”楊全紅說，相比而下，不具有層狀結(jié)構(gòu)的石墨烯用作鋰電負(fù)極的產(chǎn)業(yè)化前景不樂觀，純石墨烯的充放電曲線與硬碳和活性炭材料非常相似，還有首次循環(huán)庫侖效率低、沒有充放電平臺(tái)及循環(huán)穩(wěn)定性差的缺點(diǎn) 。 因此，目前純的石墨烯不存在取代石墨類材料直接用作鋰電池負(fù)極的可能性 。 但石墨烯基復(fù)合材料有可能作為高性能電極材料推動(dòng)鋰電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展 。
“添加劑”讓電池性能提升
【天天喊石墨烯電池 其實(shí)都叫錯(cuò)了】“5G時(shí)代來臨，人們迫切需要電池能夠做到快速充放電、熱傳導(dǎo)快、能量密度高等性能 。 不可否認(rèn)的是，‘添加劑’石墨烯能夠使鋰電池性能明顯提升，部分解決目前的產(chǎn)業(yè)瓶頸 。 ”楊全紅表示 。
據(jù)介紹，碳導(dǎo)電劑對(duì)于鋰電池必不可少，但大量非活性、輕組分的碳導(dǎo)電劑會(huì)降低電池體積能量密度（單位體積儲(chǔ)存的能量），這成為鋰電池發(fā)展的重要瓶頸 。 楊全紅說，將石墨烯用作鋰電池導(dǎo)電劑，可以極大增加碳導(dǎo)電劑的單位碳原子導(dǎo)電效率，一改碳黑等傳統(tǒng)導(dǎo)電添加劑“點(diǎn)—點(diǎn)”接觸模式為“面—點(diǎn)”接觸模式，可以構(gòu)建“至柔至薄至密”的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，大幅降低不貢獻(xiàn)容量的碳導(dǎo)電劑用量，解決碳導(dǎo)電劑用量與高能量需求之間的矛盾，顯著提高電池的體積能量密度和充放電性能 。

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