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石墨烯应用未来路在何方?剑桥、麻省理工科学家这样说

2017-10-23 12:27来源:新材料在线关键词:石墨烯锂离子电池超级电容器收藏点赞

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 石墨烯的应用,除了近年已知的防腐涂料、超级电容器、计算机、生物传感、DNA测序等应用有更多的发现外,还有锂硫电池、高效燃料电池、淡化海水、细菌灭虫器等一系列新的应用研究突破,来一睹为快!

石墨烯(Graphene)是由一个碳原子与周围三个近邻碳原子结合形成蜂窝状结构的单层片状结构新材料。自2004年以来,当研究人员首次从普通石墨中分离出单层石墨烯,技术界就给予这种“神奇的材料”很高的期望。


有人预测,石墨烯将取代硅作为电子器件的主要材料。但石墨烯永远不会取代硅,因为石墨烯不是半导体。据预测,石墨烯的第一个广泛的商业应用可能在生物传感领域、下一个可能是电池产品。

曼彻斯特大学的研究人员在2004年首次生产石墨烯,并且测试一种石墨烯氧化物分子筛,它可以更加便宜而且高效的从海水中生产淡水。麻省理工学院的研究人员最近展示了一种由3D印刷石墨烯制成的未来建筑材料。剑桥石墨烯中心的法拉利表示,“石墨烯具有很大的潜力,但我们至少需要花费10到15年才能实现。我们不知道是否会成功,但我对结果越来越满意。”


电池、超级电容应用

▶石墨烯海绵添加剂用于增强锂电池性能

日本NEC公司的研究员钱成开发了一种多孔石墨烯海绵添加剂,也称为Magic  G,该蜂窝状多孔石墨烯海绵具有高导电性,高比表面积和高电解质吸收能力,可用于锂离子电池的阳极和阴极,以提高其速率和功率性能。由于添加剂引入后而产生的电极特性,对于用于电动车辆的锂离子电池是必不可少的。虽然目前锂离子电池显示出一些很好的性能,但由于充放电能力差和高倍率性能,它们仍然受到低功耗的影响。


▶石墨烯纳米管混合物用于锂金属电池

莱斯大学创建的锂涂覆混合石墨烯和碳纳米管电池的阳极的三维结构,避免形成枝晶。通过解决枝晶的问题,创造了一种可充电的锂金属电池,其电池容量是商业锂离子电池的三倍。当新电池充电时,锂金属均匀地包覆了碳纳米管以共价连接到石墨烯表面的高导电碳杂化材料。如ACS  Nano报道,该混合物代替了用于交换安全能力的普通锂离子电池中的石墨阳极。目前他们正在中试规模生产这些阴极加阳极的完整电池,并对它们进行测试。


原标题:石墨烯应用未来路在何方?剑桥、麻省理工科学家这样说
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