石墨烯基材料做電極材料的機遇與挑戰
發布時間:2017-05-04 責任編輯:susan
【導讀】近年來,高性能電化學儲能裝置的需求量大幅上升,於(yu)是(shi)很(hen)多(duo)學(xue)者(zhe)都(dou)開(kai)始(shi)投(tou)入(ru)到(dao)對(dui)更(geng)卓(zhuo)越(yue)電(dian)極(ji)材(cai)料(liao)的(de)開(kai)發(fa)和(he)研(yan)究(jiu)中(zhong)。在(zai)這(zhe)方(fang)麵(mian),石(shi)墨(mo)烯(xi)基(ji)材(cai)料(liao)吸(xi)引(yin)了(le)大(da)量(liang)目(mu)光(guang)。由(you)於(yu)能(neng)提(ti)升(sheng)現(xian)有(you)設(she)備(bei)性(xing)能(neng),並(bing)使(shi)下(xia)一(yi)代(dai)設(she)備(bei)更(geng)實(shi)用(yong),石(shi)墨(mo)烯(xi)基(ji)材(cai)料(liao)被(bei)看(kan)作(zuo)是(shi)前(qian)景(jing)深(shen)遠(yuan)的(de)高(gao)性(xing)能(neng)電(dian)極(ji)材(cai)料(liao)。

盡jin管guan石shi墨mo烯xi也ye麵mian臨lin同tong樣yang問wen題ti,甚shen至zhi情qing況kuang更geng嚴yan重zhong,但dan經jing過guo石shi墨mo烯xi和he電dian極ji結jie構gou設she計ji的de可ke控kong組zu合he,還hai是shi可ke以yi得de到dao高gao密mi度du石shi墨mo烯xi基ji電dian極ji。此ci外wai,在zai許xu多duo情qing況kuang下xia,組zu裝zhuang的de集ji成cheng石shi墨mo烯xi基ji電dian極ji不bu含han任ren何he導dao電dian劑ji和he粘zhan結jie劑ji,因yin此ci能neng進jin一yi步bu幫bang助zhu提ti升sheng體ti積ji能neng量liang密mi度du。

作為電化學儲能裝置的潛在電極材料,石墨烯具有許多其他傳統碳材料和納米碳材料所沒有的優越性。石墨烯物理結構穩定、比表麵積大、導電性良好,對大多數電化學儲能裝置來說,它幾乎是一種完美材料。
此外,石墨烯的輸出性能也取得了很多令人矚目的進步:利用二維層狀結構能構建出各種三維結構,還具備可調節的孔隙結構。我們在論文中綜述了石墨烯基材料在液態鋰離子電池、鋰硫電池、鋰氧電池、NIB和SC等方麵的應用。我們研究發現,將石墨烯應用於這些裝置,能大大提高其性能。
石墨烯的幾個顯著優勢如下:
1.石(shi)墨(mo)烯(xi)在(zai)實(shi)際(ji)應(ying)用(yong)於(yu)非(fei)碳(tan)材(cai)料(liao)時(shi),是(shi)一(yi)種(zhong)有(you)利(li)的(de)碳(tan)基(ji)材(cai)。它(ta)應(ying)用(yong)容(rong)易(yi),比(bi)表(biao)麵(mian)積(ji)大(da),使(shi)得(de)在(zai)其(qi)表(biao)麵(mian)實(shi)現(xian)其(qi)他(ta)活(huo)性(xing)成(cheng)分(fen)的(de)雜(za)交(jiao)和(he)均(jun)勻(yun)散(san)布(bu)更(geng)加(jia)容(rong)易(yi),這(zhe)也(ye)極(ji)大(da)提(ti)高(gao)了(le)這(zhe)些(xie)成(cheng)分(fen)的(de)利(li)用(yong)率(lv)。此(ci)外(wai),利(li)用(yong)石(shi)墨(mo)烯(xi)在(zai)兩(liang)個(ge)活(huo)性(xing)粒(li)子(zi)甚(shen)至(zhi)是(shi)整(zheng)個(ge)電(dian)極(ji)間(jian)構(gou)建(jian)互(hu)聯(lian)的(de)導(dao)電(dian)網(wang)絡(luo)也(ye)是(shi)輕(qing)而(er)易(yi)舉(ju)。這(zhe)樣(yang)的(de)網(wang)絡(luo)有(you)助(zhu)於(yu)提(ti)高(gao)電(dian)極(ji)的(de)循(xun)環(huan)穩(wen)定(ding)性(xing)。
2.通過在裝置中使用石墨烯代替傳統碳材料,能實現高體積能量密度。石墨烯為高體積能量密度裝置的組裝提供了潛在解決方案。
3.柔rou性xing石shi墨mo烯xi有you望wang製zhi造zao柔rou性xing儲chu能neng裝zhuang置zhi。使shi用yong石shi墨mo烯xi及ji其qi組zu件jian可ke以yi製zhi備bei出chu具ju有you高gao度du柔rou韌ren性xing的de集ji流liu體ti,為wei我wo們men提ti供gong了le一yi種zhong取qu代dai脆cui性xing金jin屬shu集ji流liu體ti的de方fang法fa。此ci外wai,利li用yong石shi墨mo烯xi還hai能neng製zhi備bei出chu集ji成cheng柔rou性xing電dian極ji,有you助zhu於yu解jie決jue在zai反fan複fu彎wan曲qu過guo程cheng中zhong集ji流liu體ti活huo性xing材cai料liao分fen離li的de問wen題ti。
chuleyishangjidian,shimoxixiangjiaoyuchuantongtancailiaohaijuyouduozhongyouyuexingneng,kenengyouzhuyucujingezhongxinxingdianchixitongdeshijiyingyong。xinjinyanjiubaogaozhichu,gaonengshiwennaliudianchitongguotan/硫(liu)複(fu)合(he)材(cai)料(liao)作(zuo)為(wei)電(dian)極(ji)。我(wo)們(men)可(ke)以(yi)預(yu)料(liao),石(shi)墨(mo)烯(xi)可(ke)以(yi)進(jin)一(yi)步(bu)幫(bang)助(zhu)提(ti)升(sheng)這(zhe)類(lei)電(dian)池(chi)的(de)性(xing)能(neng)。還(hai)有(you)研(yan)究(jiu)發(fa)現(xian),石(shi)墨(mo)烯(xi)基(ji)複(fu)合(he)材(cai)料(liao)可(ke)作(zuo)為(wei)鋅(xin)空(kong)氣(qi)電(dian)池(chi)的(de)高(gao)效(xiao)電(dian)催(cui)化(hua)劑(ji)。在(zai)種(zhong)種(zhong)結(jie)果(guo)之(zhi)上(shang),我(wo)們(men)不(bu)難(nan)看(kan)出(chu),石(shi)墨(mo)烯(xi)在(zai)未(wei)來(lai)能(neng)源(yuan)儲(chu)存(cun)裝(zhuang)置(zhi)應(ying)用(yong)中(zhong)的(de)巨(ju)大(da)潛(qian)力(li)。


盡管石墨烯基材料在電化學儲能裝置(EESDs)應ying用yong中zhong具ju有you諸zhu多duo優you點dian,其qi實shi際ji應ying用yong目mu前qian尚shang未wei得de到dao充chong分fen實shi現xian,並bing且qie還hai存cun在zai一yi些xie嚴yan重zhong問wen題ti。正zheng是shi這zhe些xie亟ji待dai解jie決jue的de問wen題ti,導dao致zhi石shi墨mo烯xi基ji材cai料liao目mu前qian在zai很hen多duo實shi際ji應ying用yong中zhong受shou到dao阻zu礙ai。要yao解jie決jue現xian有you挑tiao戰zhan,還hai需xu要yao通tong過guo理li論lun計ji算suan和he實shi驗yan研yan究jiu等deng方fang式shi,付fu出chu更geng多duo努nu力li。相xiang信xin未wei來lai幾ji年nian內nei,石shi墨mo烯xi基ji材cai料liao的de實shi際ji應ying用yong將jiang會hui取qu得de進jin一yi步bu突tu破po,推tui動dong能neng源yuan存cun儲chu裝zhuang置zhi實shi現xian革ge命ming性xing進jin展zhan。
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