石墨烯最新进展：新型电池改写锂电常规⑴

来源：进出口服务网 | 时间：2014/7/21 14:24:52 | 阅读次数：

发布单位：CIEDATA

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小杨

近日，加拿大阿尔伯塔大学的科研小组对外公布，他们使用碳纳米管(CNT)研发出一种新电池，比现在广泛使用的锂电池充电更快、耐用性更持久。诱导崔博士补充道：“我们尝试使用了多种不同的材料。通常，碳被用作锂离子电池的正极，但是我们把碳用作负极，使用诱导氟化工艺制作电池。”
　　使用碳的优势是由于它的经济性和安全性，并且能量输出是目前锂离子电池的5—8倍。此外，这种新型电池的性能也优于还处在研发阶段的锂硫电池和锂空气电池。例如，诱导氟化技术可以用于生产快速充电、耐力更持久的手机电池。
　　崔博士说道：“以前，大家都不知道碳用作电池负极可以得到这么好的性能。这是我们技术的特别之处，在《自然科学报告》发表的论文中也进行了详细描述。这是一个漫长的研发过程，我们发现了碳的特殊性能，坚持试验了三年才得到现在的结果。”
　　崔博士现在是技术研发公司AdvEn Solutions的首席技术官。AdvEn Solutions公司计划在2014年年底前制作出电池样品，并研发三种电池满足不同的需求：第一种电池实现较高的输出功率和较长的使用周期;第二种电池实现快速充放电;第三种可实现高容量储能。
　　崔博士说道：“我们还有很多工作要做，但是我们相信这项技术在未来的商用前景会非常好。”
　　AdvEn Solutions公司隶属于阿尔伯塔大学化学材料工程系，目前计划再吸收若干个科研人并获得更多的资助。该公司最近刚和美国Lockheed Martin航空公司建立合作关系，计划为这种新技术的碳阴极研发阳极材料。

　　石墨烯高分子复合材料领域研究取得进展
　　石墨烯是一种在热、电、力学性能等方面具有独特优势的新型碳材料，研究石墨烯片层与高分子链之间的相互作用不仅具有理论意义，而且为开发功能高分子复合材料提供技术支撑。宁波材料所在实现石墨烯产业化制备的基础上，进一步开展石墨烯/高分子复合体系相关研究，揭示石墨烯与高分子基体之间的非共价建结合机理，由此提出非化学法改善高分子与石墨烯间界面粘结的新方法。
　　众所周知，石墨烯由sp2杂化的碳原子紧密排列而成，其中碳-碳键长约为0.142nm，相邻两个六圆环的面心距为0.246nm。石墨烯片层表面与聚己内酯（PCL）片晶间存在晶格匹配关系，可诱导PCL分子链在其表面附生结晶，从而产生“物理铆合”作用，显著提高二者之间的界面粘结性（Ind. Eng. Chem. Res.2013. 52, 15824-8）。研究人员继而研究了注塑过程中石墨烯对PCL分子取向与结晶的影响，发现在附生结晶和空间限制双重作用下PCL分子链的松弛抑制现象（Compos. Sci. Technol.http://dx.doi.org/10.1016/j.compscitech.2014.03.012），这为制备高各向异性高分子复合材料提供了基础。研究人员还通过静电吸附制备了UHMWPE/石墨烯抗静电复合材料，由于形成了石墨烯三维网络结构，所以具有较低的导电逾渗值（Compos. Sci. Technol.2013. 89, 180-5；中国发明专利申请号：201310317580.2）。以上研究得到国家自然科学基金（51273210；51273207；51003117）和宁波市重点科技创新团队（2009B21008）的支持，并作为研究基础申请获批宁波市石墨烯产业化应用开发专项1项（2013B6009）。

　　解密石墨烯：为何能取代锂电池？
　　很多时候，技术的革命来自于材质，比如塑料的发明，从方方面面改变了人们的生活。而在目前，石墨烯作为一种新材质，受到了极大的关注。实际上，石墨烯是碳的一个种类，具有超高强度、轻薄和可延展的特性，将能够改变数码产品的外观、手感甚至使用形态。下面，我们就来详细了解一下石墨烯材质到底有什么过人之处。

　　1. 比钢铁还硬
　　虽然LG G Flex可以自我修复轻微的划伤，但仍未改变手机易损坏的缺点。不过，如果手机等数码产品在未来能够使用石墨烯作为外壳的话，则会变得坚若磐石。据美国化学学会的报告称，石墨烯的硬度是钢材的200倍，显然具有非常强的耐用度。

　　2. 如橡胶般具有延展性
　　哥伦比亚大学的研究人员表示，石墨烯具有一定的延展性，能够伸展20%。也就是说，石墨烯实际上是一种柔性材质，与橡胶类似。三星公司一直在研究石墨烯晶体管，从而生产出柔性屏幕。另外，石墨烯也有一定的耐水性，有望应用在新一代的防水设备上。

　　3. 轻薄特性
　石墨烯出色的延展性，还能够让其十分轻薄，足够拉伸到薄到透明的程度。这就意味着，如果手机厂商可以使用这种材质，不仅能够让手机更耐用、防水，还可以变得更轻薄。

　　4. 令人难以置信的电池寿命
　　我们曾经在电池技术发展类的文章中提到过石墨烯，它极有可能在未来取代锂电池，成为新一代的电池标准。美国西北大学的研究人员已经成功研发出石墨烯和硅材质的电池，充电15分钟可以实现约一周的续航能力，令人惊叹。显然，如果未来手机可以使用石墨烯电池，那么一周一充电将不再是梦想。

　　5. 与人类的身体互联
　　英国曼彻斯特大学的博士Aravind Vijayaraghavan发现，石墨烯具有与生物互联的特点，这对健康检测类可穿戴设备具有非常积极的影响。使用石墨烯作为传感器，将可以监测和扫描人类的神经系统，可以想象，未来会出现“精神健康”类的监测设备及应用。
　　据《纽约时报》报道，石墨烯是一种神奇的材料，它具备颠覆当前所有电子设备的潜质，是“材料的未来和电子行业的救命稻草”。报道称，石墨烯是目前已知的硬度最高、最薄的材料。它由碳原子以特殊结构排列而成，比其他任何材料都具备更好的导热、导电特性。更令人称奇的是，它不仅是世界上最硬的材料，而且柔韧性也最强。厚度只有一层碳原子的石墨烯被称为“奇迹材料”。
　石墨烯可以变革电子行业，催生灵活多变的设备、超动力的量子计算机、电子服装及可与身体细胞交流的计算机。
　　虽然石墨烯早在10年前就被发现，然而它在2010年才真正获得关注。两名曼彻斯特大学的物理学家因石墨烯实验而获得诺贝尔奖。最近，研究人员集中精力研究如何商业化生产石墨烯。
　　2012年，美国化学学会称石墨烯的强度是钢铁的200倍，它如此轻薄，以至于1盎司的石墨烯可以覆盖28个足球场。中国科学家曾合成石墨烯气凝胶，密度只有空气的1/6；一立方英寸（约16.39立方厘米）的石墨烯气凝胶放在一片草叶上，草叶不会变形。
　　“石墨烯是世界上为数不多同时具备透明、导电和柔性三大属性的材料。”曼彻斯特大学讲师亚拉文博士（Aravind Vijayaraghavan说道，“这三种属性很少能在同一个材料上出现。”