石墨烯電池存在么?
石墨烯電池存在么?
在冬天的時候,大家可能都會遇到玩手機時手機還有大把電卻不知為何就會卡頓,死機,關機的現象,為什么會這樣呢?是因為問題出現在了手機鋰電池的上面。
鋰電池在工作時鋰離子會在正負極之間移動,而低溫會讓離子活性降低,很快就“跑不動”了,電池可用量迅速下降。怎么辦?除了少出門外,有人想出了新招:石墨烯。這些年,不少研究者和商家提出石墨烯電池的概念,表示這種電池容量更大、充電更快、“死”得更慢,堪稱劃時代的創造。
說起石墨烯,我們可以從初中化學講起。碳元素的天然存在形式有兩種:石墨和金剛石。金剛石是最堅固的碳結構,硬度大、活性差,又名鉆石;石墨則是一種深灰色有金屬光澤而不透明的細鱗片狀固體,質軟滑膩,有優良的導電性能,最常見的就是2B鉛筆的筆芯。
在石墨中,每個碳原子只與其他三個碳原子以較強的力結合,形成一種層狀結構,層與層之間的結合力較小,容易剝離。如果說石墨是一摞A4紙,石墨烯就是其中一張,一張只有一個原子厚度。它是世上最薄、最堅硬、電阻率最小的納米材料;它獨特的能帶結構,讓電子在上面傳導時能量損耗極低。這些特點讓石墨烯成為商家眼中的“唐僧肉”。一時間,“充電兩分鐘,通話一整天”“充電一分鐘,續航百公里”等廣告語盛行。
不過,要得到“純種”石墨烯不容易,因為它在自然界無法穩定單獨存在,很長時間科研都止步于多層石墨烯。2004年,曼徹斯特大學學者安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫成功分離出單獨石墨烯平面,并于2010年獲諾貝爾物理學獎。分離法神奇又樸實:用膠帶粘住石墨薄片的兩側后撕開,可逐漸減薄石墨烯直至單層。如今,我們可以用氧化還原法等方式生產石墨烯,但要么成本太高、要么層數太多。
事實上,石墨烯的應用很廣泛,電路、LED照明、手機或穿戴設備的柔性屏幕等領域都對這種新材料虎視眈眈,但最火熱的方向,莫過于將石墨烯和鋰電池結合,應用到能源領域,也就是我們俗稱的“石墨烯電池”——化學充電電池自誕生以來距今已100多年,無數人希望能克服其能量密度低、充電時間長、循環次數低等缺陷,石墨烯被視為“救星”之一。
然,就目前來看,這個世界并不存在純粹的石墨烯電池。石墨烯電池無論是在先天性、技術方面、外在因素上,都或多或至少的存在著劣勢,至少在目前來看,石墨烯電池應用在實際場景中,還需要很長的路要走。石墨烯雖然可以改進電池性能,卻無法作為電池的核心材料,它單片時有很多特殊性質,在實際應用中無法完全發揮。所以現實中石墨烯多用于與碳、硅或錫等物質組成復合材料制造電池正負極,或是使用石墨烯作為導電添加劑。因此,與其起名“石墨烯電池”,不如叫“摻了石墨烯的鋰離子電池/鉛酸電池”。加之制程復雜、良率低、成本高等問題,石墨烯電池想要實現工業標準化的量產,道阻且長。所以大家不要輕信石墨烯電池的流言蜚語。
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