石墨烯电池是怎么制作的?
来源：宝鄂实业
2020-03-23 14:38
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什么是石墨烯电池?它是怎么做的?
什么是石墨烯电池?
与体积和组成相比，锂离子电池具有突出的容量。但有一个缺点:充电时间长。另一个缺点是它们的最大输出功率。锂离子电池可能有很大的容量，但它们的最大输出能力受到过热风险的限制。
石墨烯电池是通过改进现有的锂离子电池而制成的。这是通过在电极上添加石墨烯来实现的，这会改变电极的化学和物理性质。结果表明，改进后的充放电特性和容量明显提高。改进的放电速率意味着石墨烯电池具有更高的最大输出功率。
石墨烯电池是一项仍在研究中的新技术。最好的方法还没有被发现。在这一领域缺乏知识，同行评议的科学信息仍然匮乏。我们将尝试用一个可以在科学文献中找到的例子来解释它是如何工作的。
石墨烯电池是如何制成的?
氧化钒石墨烯电池
莱斯大学的研究人员发现了一种新材料，它是氧化钒(VO2)和石墨烯的混合物。该混合电源可用于锂离子电池的负极。测量结果表明，该混合阴极可以在20秒内充满电和放电，并且可以承受超过1000次的充电循环。经过1000次循环，容量仍高于90%的标称。
氧化钒在锂离子电池中具有较高的能量容量。这是因为它们像海绵一样收集锂离子。使用氧化钒(VO2)或五氧化钒(VO5)的缺点是，氧化物通常是不良导体。低导电性导致充电和放电速度较慢。
科学家们已经找到了一种利用石墨烯作为氧化钒结构框架的方法，石墨烯是一种优秀的导体。这种混合物从氧化钒中获得了优异的容量性能，从石墨烯中获得了优异的导电性，可以快速充电。
该工艺由氧化石墨纳米颗粒与VO5粉末混合而成。混合物悬浮在水中并加热至高温。在这样的温度下，五氧化二钒还原为VO2，氧化石墨还原为石墨烯。当VO2结晶时，它会形成约10纳米厚、600纳米宽的纳米带，并带有一个原子厚度的石墨烯涂层。由于VO2的离子浸入性和石墨烯的高导电性，电子和锂离子扩散非常快。这两个特点的结合，使快速充电和放电率，以及一个高的最大输出功率为这些电池。
制造石墨烯电池的真正技术挑战在于vo2-石墨烯混合物的实际制造。为了生产这种混合物，必须非常精确地控制诸如温度、压力和混合物浓度等工艺条件。这些工艺参数现在已经比较熟悉，可以很容易地控制，以实现大规模生产。
石墨烯磷酸铁锂电池
磷酸铁锂电池又称磷酸铁锂(LFP)，是一种以磷酸铁锂为阴极的可充电电池。LFP电池是一种可充电的锂离子电池。虽然它们的能量密度低于其他一些消费锂离子电池，但它们的功率密度更高。功率密度是电池提供能量的速率。
由于它们的高功率密度，在电动汽车上使用它们特别有趣。LiFePo4电池具有更好的热稳定性和化学稳定性，比其他锂离子电池更安全。锂离子电池在充电过程中很难点燃，而且与其他锂离子电池相比，锂离子电池在充电失败前更容易被误用。
石墨烯电池不仅充电速度比锂离子电池快很多倍，而且容量更大，超过了传统LFP电池的理论最大容量。
将LiFePo4纳米粒子与氧化石墨烯纳米薄片进行喷雾干燥和退火处理。其结果是将LiFePo4初级纳米颗粒嵌入次级球状颗粒中，这些次级球状颗粒松散地包裹在石墨烯片的三维网络中。
石墨烯是一种优良的导电材料，其使用大大提高了电子的迁移率和迁移率。石墨烯片上的纳米孔可以增加整个三维石墨烯基体的Li+迁移率。他们创造的基本上是一个离子海绵，可以吸收锂离子，同时允许电子在基质中自由移动。
