石墨烯电池的优缺点

石墨烯电池的优缺点

石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜，是一种只有一个原子层厚度的准二维材料，所以又叫做单原子层石墨。它的厚度大约为0.335nm，根据制备方式的不同而存在不同的起伏，通常在垂直方向的高度大约1nm左右，水平方向宽度大约10nm到25nm，是除金刚石以外所有碳晶体（零维富勒烯，一维碳纳米管，三维体向石墨）的基本结构单元。

石墨烯在能源领域的应用

在这其中，石墨烯在能源领域的应用是最火热，也是最被看好的方向。从原理上讲，石墨烯作为一种优秀的二维导电材料，加入锂离子电池正极材料（磷酸铁锂等）中，即可以提高电极材料的导电性，又可以包裹正极纳米颗粒，是对现有“炭黑+碳纳米管”导电剂的升级换代。

加入石墨烯导电剂的锂电池，其倍率性能、一致性和寿命都有不同程度的提高（这是优点吧）。

此外，石墨烯还可以加入到新的负极材料（中间相炭微球等）中，提升电极材料的性能，也是一个未来发展的可能性。

这些应用虽然不是锂电池最核心的技术，对锂电池的容量和密度也没有较大的改善，但是可以提高电池组乃至新能源汽车的综合性能，是石墨烯应用领域技术成熟度比较高的方向。

石墨烯电池，利用锂离子在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性，开发出的一种新能源电池。

石墨烯电池的基本原理：石墨烯电池在饱和氯化铜溶液中，时间（小时、天数）和产生电压的关系。

实验制成电路其中包含LED，用电线连接到带状石墨烯。他们只是把石墨烯放在氯化铜（copper chloride）溶液中，进行观察。LED灯亮了。实际上，他们需要6个石墨烯电路，形成串联，这样就可产生所需的2V，使LED灯发亮，就可以得到这个图片。

徐子涵和同事说，这里发生情况就是铜离子具有双重正电荷，穿过溶液的速度约每秒300米，因为溶液在室温下的热能量。当离子猛烈撞入石墨烯带时，碰撞会产生足够的能量，使不在原位的电子离开石墨烯。电子有两种选择：可以离开石墨烯带，和铜离子结合，也可以穿过石墨烯，进入电路。

原来，流动的电子在石墨烯中更快，超过它穿过溶液的速度，所以电子自然会选择路径，穿过电路。正是这一点点亮了LED灯“释放的电子更倾向于穿过石墨烯表面，而不是进入电解液。设备就是这样产生电压的，”徐子涵说。

因此，这个装置产生的能量来自周围环境的热量。他们可以提高电流，只需加热溶液，也可用超声波加快铜离子。只依靠周围热量，就可以使他们的石墨烯电池持续运行20天。但是，还有一个重要的问号。另一个假设是某种化学反应产生电流，就像普通的电池。

然而，徐子涵和同事说，他们排除了这一点，因为进行了几组控制实验。然而，这些是在一些补充材料中介绍的，他们似乎并没有放在arXiv网站上。他们需要赶在别人做出严肃声明之前公开。从表面价值来看，这看起来是一项非常重要的成果。其他人也在石墨烯中产生过电流，但只是让水流过它，所以这并不真的使人吃惊，移动的离子也可以产生这样的效果。这预示着清洁的绿色电池，只依靠环境热量驱动。徐子涵和同事说：“这代表着一个巨大的突破，研究的是自驱动技术”。

石墨烯电池的优缺点：

优点：

1）储电量是目前市场最好产品的三倍。一个锂电池（以最先进的为准）的比能量数值为180wh/kg，而一个石墨烯电池的比能量则超过600wh/kg。

2）用此电池提供电力的电动车最多能行驶1000公里，而其充电时间不到8分钟。

3）使用寿命长。其使用寿命是传统氢化电池的四倍，是锂电池的两倍。

4）重量轻。石墨烯的特性使得电池的重量可以减少为传统电池的一半，这样可以提高装载该电池的机器的效率。

5）成本低。生产这种电池的公司表示，它的成本将比锂电池低77%。”

”稳定型高，电池寿命长，充电速度快；

缺点：

传统导电碳/石墨很便宜，都是论吨卖的，而石墨烯太贵。一克上千的价格，这不是一般企业能够承受得了的。而数年前，石墨烯的价格曾高达每克5000元，远超黄金价格，普通消费者也难以承受。