石墨烯电池与超级电容器结合， 将促电动汽车发展
来源：宝鄂实业
2019-04-04 11:32
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英国曼彻斯特大学(University of Manchester)国家石墨烯研究所(National Graphene Institute)的研究人员们利用石墨烯作为添加材料，致力于探索得以减少电池尺寸与重量以及扩展电池寿命的各种新方法。
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在一篇题为《以石墨烯材料实现电化学储能》(Electrochemical Energy Storage with Graphene-Enabled Materials)的研究计划中，研究人员们正与多家企业展开合作，其中包括劳斯莱斯(Rolls-Royce)、夏普(Sharp)和摩根先进材料(Morgan Advanced Materials)等。这些企业合作伙伴在石墨烯的未来应用发展中扮演关键地位。目前，Graphene@Manchester正与来自全球30多家企业共同展开研究计划与应用。
曼彻斯特大学电子与电子工程学系教授Andrew Forsyth解释，在我们开发电池之前，我们必须先目了解石墨烯如何与化学成份(特别是电解质)起作用。该校化学系教授Robert Dryfe则以实验分析石墨烯与锂离子之间的化学相互作用。Dryfe教授并探索电子究竟能多快速穿过石墨烯以及可储存在石墨烯表面的电容大小。
该计划的另一项重点是基于石墨烯的超级电容器通常具有高功率性能以及比电池更长的寿命，但储存容量却较低。不过，研究人员仍看好以电池作为补强该整合储存方案的一部份。
根据Forsyth教授表示，石墨烯电池与超级电容器的结合，可为电动车的销售带来强大的推动力。目前，这些环保汽车使用重量高达200公斤的电池，差不多是三位乘客的重量了。透过减轻电池的重量，石墨烯将有利于提高汽车的能效，以及增加电动汽车的续航力达到超过目前约100公里的限制。
Forsyth教授强调，如果我们能够延长电动车在两次充电站之间的续航力，应该马上就能让电动车变得大受欢迎。但电池如何能突破实际生活中的驾驶限制？电动车就像其他所有的汽车一样仍无法顺畅地驱动。如同驾驶人在加速时一样，对于电力急剧需求的高峰，将会为电池带来压力，而且还可能会限制其使用寿命。
为了测试结合石墨烯电池和超级电容器的原型是否能够胜任这项工作要求，Forsyth教授透过模拟不同驾驶情况使其暴露于现实世界压力下。他表示，我们甚至可测试驾驶于极端气候情况的驾驶技术。许多电池在严寒天气条件下难以发挥作用，经由我们的气候室可发现任何弱点。
当然，基于石墨烯的储存并不限于传输。随着英国变得更加依赖于可再生能源，它还将在国家电网的未来发挥重要作用。Forsyth教授质疑道，如果我们只依赖太阳能和风能来产生能量的话，有一天当乌云密布以及微风时又该怎么呢？如果我们能够开发出高容量储能机制，业者将能够先行蓄电以备不时之需。
在曼彻斯特大学校园中已经安装了电网级电池以及转换系统，用于测试大规模的蓄电。研究人员们将利用电池系统来开发可控制电流流动的方法，并调整发电量和当地需求之间的差异。
电池似乎是电动汽车普及的一个限制因素，电动汽车使用的电池又大又重，它们是汽车中最昂贵的部件之一，与汽油动力、汽车相比，它们的行驶里程有限。这些电池充电需要很长时间，而且速度很慢。为了解决这个问题，许多人都在寻找石墨烯电池作为解决方案。石墨烯电池可以通过许多不同的方式改进现有的电池技术，比如提高电池的使用寿命和性能。
超级电容器石墨烯
超级电容器由两层石墨烯组成，中间有一个电解质层。这部电影很强大，非常的薄，并且能够在很短的时间内释放大量的能量，这是至关重要的。超级电容在短时间内提供高功率输出，这意味着汽车的加速速度和充电时间仅需几分钟，而标准的电动汽车电池则需要几个小时。
普通电池占据了大量的空间，而超级电容膜则可以集成到车辆的多个区域，如车身面板、车顶、地板和门。超级电容器可以为车辆提供所需的能量，同时使车辆本身更轻。
基于石墨烯的超级电容薄膜将能够在几分钟内完全充电，而不是传统电池所需要的几个小时。但是，尽管它可能比标准电池更快地充电和释放能量，但它们目前的能量却不那么大。这是科学家们希望通过进一步研究改变的一个方面。“未来,希望即将开发的超级电容器存储更多的能量比锂电池,同时保留的能力释放能量快10倍——这意味着汽车可以完全由超级电容器的车身。在一次充电之后，这辆车应该能跑到500公里(310英里)——类似于汽油动力车，是目前电动汽车的两倍多。”
因为超级电容器是由石墨烯制成的，一层碳只有一个原子厚，所以薄膜是一个更生态的选择。此外，由于碳的来源比传统电池中的锂更容易获得，随着时间的推移，它可能会变得相当经济，而且生产变得更加普遍。锂离子电池的价格不能大幅降低，因为锂的价格仍然很高。这项技术并不依赖于金属和其他有毒物质，所以如果需要处理的话，它是环保的，石墨烯是热能和电能的优良导体。石墨烯也具有化学惰性，它的表面积很大，但仍然很灵活，而且非常轻。石墨烯通常被认为是可持续和环保的，有许多不同的可能应用。石墨烯电池是一种由石墨烯制成的新型电池，它是一种蜂窝状的碳原子薄片。随着电动汽车市场份额的增加，新的电池技术正在被应用，以提高其行驶里程和效率。石墨烯电池是一种可以应用于电动汽车的新技术。
