Graphene je material, izvlečen iz grafita in je sestavljen iz čistega ogljika, ki je eden najpomembnejših elementov v naravi .Grafenski oksidni prah, kot nova vrsta materiala ima odličen potencial uporabe v poljih za shranjevanje energije, kot so litijeve baterije, litijeve baterije, zračne baterije, shranjevanje vodika in superkapaciti . grafen ima izjemno visoko elektronsko mobilnost, specifično površino, lahko samo energijo, ki se lahko poveča, in odlična lahka, in odlična lahka, in odlična lahka, in odlična taka. Višja zmogljivost za shranjevanje litija in boljša uspešnost hitrega polnjenja, hkrati pa pomaga premagati težave s trdnim vmesnikom v trdnih baterijih .
1. struktura in lastnosti grafena
Grafen je dvodimenzionalni nano-material, sestavljen iz ogljikovih atomov, ki predstavlja šesterokotno strukturo rešetke, ki spominja na satje . dolžina CC vezi grafena je 0 . 141 nm, njegova teoretična dens pa je približno 0 {{7} 77 mg. Debelina grafena je samo premer enega ogljikovega atoma.
Ogljikovi atomi sodelujejo pri hibridizaciji na sp²
Zato ima grafene odlično električno prevodnost in je trenutno material z najnižjo upornostjo . To je eden od razlogov, zakaj ima grafen široke možnosti na področju baterij .
Osnovno delovno načelo grafenskih baterij je podobno kot pri tradicionalnih litij-ionskih baterijah, pri čemer je glavna razlika pri uporabi elektrodnih materialov .
V grafenskih baterijah so elektrode običajno izdelane iz kompozitnih materialov na osnovi grafena, kar omogoča, da imajo baterije večjo električno prevodnost in hitrejšo hitrost prenosa ionov .Visoka površina grafena zagotavlja bolj aktivna mesta, kar omogoča shranjevanje več nabojev in s tem poveča gostoto energije .
Grafenski materiali imajo odlično toplotno prevodnost . Teoretična sobna temperatura toplotna prevodnost enoslojnega materiala lahko doseže 3000-5000 w/(m · k) . Ta lastnost lahko uporabite za preučevanje izdaje toplote med baterijo .
Grafenski materiali imajo odlične mehanske lastnosti in so material z izjemno visoko žilavostjo in trdnostjo . Lahko jih uporabimo za razvoj in preučevanje prilagodljivih elektrodnih materialov .
2. Prednosti grafena v baterijskih aplikacijah
2.1 Ultra visoka električna prevodnost
Elektronska mobilnost grafena je izjemno visoka, kar omogoča, da se elektroni hitro premikajo znotraj materiala in s tem znatno povečajo hitrost polnjenja baterije . v skladu z ustreznimi podatki lahko hitrost polnjenja grafen baterij doseže 5 do 10 -krat večja kot tradicionalne litijeve baterije .
2.2. izboljšana gostota energije
Atomska struktura grafena omogoča večjo površinsko površino in elektrokemično aktivnost, kar akumulatorjem pomaga shraniti več energije in povečuje skupno gostoto energije baterije .
2.3. Izboljšana toplotna stabilnost
Odlična toplotna prevodnost grafena pomaga pri toplotnem upravljanju baterij med polnjenjem in izpustom, kar lahko zmanjša toplotne incidente in poveča varnost baterij .
2.4. Prijaznost okolja
Grafen lahko masno proizvajamo z metodami, kot je kemično odlaganje hlapov, ki je bolj okolju prijazen v primerjavi s proizvodnimi metodami tradicionalnih baterijskih materialov .
3.Uporaba grafena v litij-ionskih baterijah
3.1 Grafen Negativni material elektrode
Grafen se neposredno uporablja kot gradivo za negativno elektrodo
Grafen ima odlično električno prevodnost, vendar njegova dvodimenzionalna mikroskopska struktura, da zlahka zlahka, vodi do nezadovoljivih raziskav neodvisnih materialov z elektrodo grafenske elektrode . Glavne manifestacije so slaba stopnja učinkovitosti baterije in učinkovitosti nizkega cikla itd. .
Grafenski sestavljeni materiali z negativnimi elektrodami
Trenutno glavni grafenski negativni elektrodi kompozitni materiali vključujejo: prehodni kovinski oksid/grafenski sestavljeni materiali in materiale, ki temeljijo na siliciju, itd. . baterije in nadomestilo za pomanjkljivosti in pomanjkljivosti surovin .
3.2. Grafene prevodni agent
Osnovna funkcija materialov prevodnih sredstev je vzpostavitev hitrega ionskega prenosa kanalov med aktivnimi delci elektrod in s tem povečanje hitrosti prenosa elektronov . materiali na osnovi ogljika imajo prednosti lahke teže, visoke prevodnosti, visoke toplotne prevodnosti in dobrega prevodnosti {{2}. Agenti, kot so prevodni grafit in prevodna ogljikova črna, v ogljikovih materialih ne morejo več izpolnjevati zahtev na trgu . Raziskava in razvoj novih prevodnih agentov je nujna .
- Grafen enoplastni prevodni sredstvo
Grafen kot dvodimenzionalni nanomaterial kaže odlično električno prevodnost . grafena z veliko specifično površino je pritrjen na površino pozitivnih delcev elektrode in prepleta med seboj, da tvori ogromno hitro prevodno mrežo ., kar lahko učinkovito poveča migracijo litij ionov in elektronov {4}
In the case of low-rate charge and discharge batteries, as the amount of graphene added increases, the discharge specific capacity first increases and then decreases. Compared with commercial conductive agents, adding a small amount of graphene can achieve good conductive effect and the battery performance is also improved accordingly. However, when the battery undergoes high-rate charge and discharge, the performance of using graphene alone as a conductive agent is inferior to that običajnega prevodne agenta .
- Grafen in ogljikov črni kompozitni prevodni sredstvo
Ko se grafen in ogljikova črna združita tako, da tvorita sestavljeno gradivo za prevodno sredstvo, je veliko število dvodimenzionalnih grafitnih listov enakomerno zavito okoli originalne omrežne ogljikove črne strukture . vrzeli med listi so napolnjene z ogljikovo črno, ki služijo kot okvirna struktura .
S sodelovalno prevodnostjo se originalna dvodimenzionalna prevodnost na točkah pretvori v tridimenzionalno prevodnost na točkah . hkrati pa se reši problem zlaganja in agregacije grafena, učinkovitost konstrukcije in prevodnosti pa se izboljša .
- Kompozitni aditiv grafena in ogljikove nanocevke
Ko se grafen/ogljikove nanocevke dodajo kot prevodni dodatki za litij-ionske baterijske materiale, lahko dva tvorita tridimenzionalno omrežje prevodne strani .
Carbon nanotubes run through each layer of graphene sheets, transforming the original two-dimensional conducting space into a three-dimensional bridging structure for transmission channels. It provides a faster and smoother electronic conducting path, significantly improving the transmission efficiency of the battery positive electrode and the transmission rate of lithium ions. At the same time, the framework effect of Ogljikove nanocevke učinkovito povečajo stabilnost strukture grafena, kar preprečuje aglomeracijo in kopičenje .
4.Sprememba vmesnika baterij v trdnem stanju
Trenutno je bil dosežen pomemben napredek pri raziskavah visoko prevodnosti trdnih elektrolitov ., vendar so lastnosti vlaženja na trdnem vmesniku, oblikovanem z elektrodami, slabe, kar negativno vpliva
V območju vmesnika negativne elektrode lahko tridimenzionalni grafen okvir, laminirane plošče in votle krogle zavirajo tvorbo litijevih dendritov in širitev volumna med polnjenjem .
V območju vmesnika pozitivne elektrode je grafen kombiniran z elektrodnim materialom in elektrolitom, da izboljša prenos naboja . Poleg tega grafen deluje kot varovalni sloj, poveča združljivost vmesnika in s tem izboljša celotno delovanje baterije .
Acey Intelligentje specializiran za raziskovanje in izdelavo vrhunske opreme za litij-ionske baterije . Ne moremo samo zagotoviti rešitve za proizvodnjo litij ionskih baterij za cilindrično baterijo, kovansko celico, torbico Skupna linija pakiranja, vam lahko zagotovimo profesionalno tehnično podporo in napotke, prosimo, da nas kontaktirate!