Wie wichtig ist Graphen im Bereich der Lithiumbatterien?

Zweifellos die Leistung von Graphen, aber ob es für Lithium-Ionen-Batterien verwendet werden kann? "Graphen behauptet derzeit auf dem Markt, Batterie sei ein Konzept von ungenauem, genauem Sprechen, füge im Grunde ein bisschen Graphen in Materialien hinzu, um Lithium zu verbessern Batterie Teil der Leistung, kann als Graphen-Lithium-Ionen-Batterien bezeichnet werden. Schließen Sie ein Labor in Graphen als Lithiumbatterie mit Anodenmaterial oder als Superkondensator nicht aus, aber die Nachfrage ist hoch. Zusammenfassend kann das Gewürz von Graphen als Lithium- verwendet werden. Ionenbatterie, aber als Anwalt Material ist nicht geeignet.

1. Die Struktur und Eigenschaften von Graphen

Physikalische Struktur: Graphen, ist durch den dünnen Film einer einzelnen Atomschicht aus Kohlenstoffatomen, die Dicke von nur 0,34 nm, die Dicke einer einzelnen Schicht entspricht einer über einhundertfünfzigtausend des Durchmessers eines menschlichen Haares. Ist in der Welt bekannt, dass die dünnsten, härtesten Nanomaterialien lichtdurchlässig sind und sich falten können. Da nur eine Atomschicht, die Elektronenbewegung in einer Ebene begrenzt ist, hat Graphen neue elektrische Eigenschaften. Die Graphen-spezifische Oberfläche beträgt etwa 2630 m² / g, die Wärmeleitfähigkeit 5000 W / m; K.

Elektrische Eigenschaften: Graphen weist einzigartige Eigenschaften auf und weist masselose Dirac-Fermion-Eigenschaften auf. Die Elektronenmobilität kann bis zu 2 x 105 cm2 / Vt.S betragen, was etwa dem 140-fachen der Elektronenmobilität in Silizium, Galliumarsenid 20-fach, Hochtemperaturstabilität, elektrischer Leitfähigkeit von bis zu 108 Ω / m der Oberfläche entspricht Der Widerstand beträgt etwa 31 Ω / sq (310 Ω / m2) und ist niedriger als der von Kupfer oder Silber. Dies ist die beste Materialleitfähigkeit bei Raumtemperatur.

Zusätzlich können der Träger und die Elektronen im Graphenlochträger mit halbzahligem Quantenhall-Effekt beobachtet werden, indem elektrische Felder das chemische Potential ändern, und unter Raumtemperaturbedingungen wie Novoselov-Graphen wurde der Quantenhall-Effekt beobachtet.

2. Die Rolle von Graphen in Lithium-Ionen-Batterien

Es ist wegen Graphen mit Nanometergrößeneffekt der oben genannten, hat eine große spezifische Oberfläche, gute elektrische Leitfähigkeit und ausgezeichnete mechanische Eigenschaften, wie Graphen, das von Wissenschaftlern auf der ganzen Welt weit verbreitet erforscht wurde, und schuf das Konzept der "Graphen-Lithium-Batterie". ,

1) Anodenmaterialien

Graphen hat aufgrund seiner einzigartigen zweidimensionalen Struktur, seiner hervorragenden Elektronentransmissionskapazität und der Vorteile der großen spezifischen Oberfläche das Potenzial, Graphit als neue Generation von Anodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien zu ersetzen. Graphhen-Lithium-Speichermechanismus ähnlich anderen Kohlenstoffmaterialien Zwischen der Bildung von Li2C6 wird ein wiederaufladbares Lithiumion aus dem positiven Ausgang gebildet, nachdem in den Elektrolyten eingebettete Kohlenstoffmaterialschicht gebildet wurde, wodurch das Lithiumion zurück zur Anode entladen wird. Aufgrund der speziellen zweidimensionalen Graphenstruktur kann Graphen auf beiden Seiten des Lithiumions gespeichert werden, wenn der Lamellenabstand größer als 0,7 nm ist, und gleichzeitig kann aufgrund der vorhandenen Faltung Graphen auch Lithium sparen, also theoretisch Die Kapazität kann doppelt so hoch sein wie die von Graphit und ist höher als 744 mah / g.

Darüber hinaus ist Graphen für Mikro- / Nanogröße, Graphit weitaus kleiner als der Körper, Li-Ionen-Diffusionsweg kürzer, Graphenschichtabstand ist in der Regel weitaus größer als Graphit, bietet auch den Lithium-Ionentransport mehr Kanäle. Also im Vergleich zu Graphit, Graphen Da die Kathode zur Verbesserung der Batterieleistung vorteilhafter ist. Da das Konzept der Graphenbatterien vorgestellt wurde, haben viele akademische Forschungsergebnisse gezeigt, dass die reversible Kapazität der Graphenlithiumbatterie mehr als 500 mah / g erreichen kann und ein ausgezeichnetes Leistungsverhältnis aufweist Laborbedingungen für Li-Ionen-Batteriekathoden mit CVD-Methode und Hydrazinhydratreduktion, Vakuumsaugfilter und Gefriertrocknung usw. Die Herstellung von Graphen, Flocken oder für Hohlkugeln ist nicht identisch.

2) Graphen als leitfähiges Mittel

Die Hauptaufgabe besteht darin, die elektrische Leitfähigkeit des leitenden Mittels zu verbessern, ist auf das leitende Elektrolytion zurückzuführen und es gibt keine Leitungselektronen, so dass das leitende Mittel die Elektronik fördert, die schnell durch die lebenden Materialien gelangt. Darüber hinaus kann das leitende Mittel auch die Verarbeitbarkeit der Polstücke verbessern, die Elektrolytinfiltration der Polstücke fördern und den spezifischen Widerstand senken, um die Lebensdauer von Lithium-Ionen-Batterien zu verbessern.

Gegenwärtig üblicherweise verwendet haben SP, Acetylenschwarz-Leitmittel usw., traditioneller Ruß als Kugel, wobei das lebende Material sich leichter mischen lässt, aber die Kontaktform als wenig Kontakt und das leitende Rollenspiel begrenzen, die Leitfähigkeit erhöhen Wirkstoffgehalt. Aber Graphen ist eine Lamellenstruktur, für den Kontaktpunkt mit den Wirkstoffen - Oberflächenkontakt, kann die Rolle des leitenden Wirkstoffs maximieren, die Menge des leitfähigen Wirkstoffs verringern und mehr Wirkstoffe verwenden, die Lithiumbatteriekapazität verbessern Graphenschichten sind auch der Nachteil. Graphenschichten in Lösungsmitteln, die schwerer zu dispergieren sind, vereinigen sich eher wieder, müssen jedoch die Graphenmenge erhöhen. Gleichzeitig verursacht die Lamellenstruktur für die Lithiumionendiffusion einen Zellinnenwiderstand erhöht sich der Batterieausfall.

Theoretisch kann eine superschnelle Leitfähigkeit von Graphen die Geschwindigkeitsleistung der Batterie verbessern, aber die Tatsache ist, dass die monolithische Graphenschicht die Diffusion von Lithiumionen infolgedessen behinderte, insbesondere in einem großen Verhältnis beim Laden und Entladen innerhalb der Batterie, wobei sich die Polarisation verschlimmert die Entladekapazität der Batterie. Verwandte Studien haben gezeigt, dass unter der Bedingung einer geringen Entladung die Verwendung von Graphen den leitenden Ruß teilweise bis zu einem gewissen Grad ersetzt, das leitfähige Mittel reduziert, die Energiedichte der Batterie verbessert, was zu gut ist.

3. Die Industrialisierung der Graphen-Lithium-Batterie?

Die Forschung und Entwicklung von Labor- und Anodenmaterialien unter der Bedingung der Herstellung von Graphen und Graphen ist ein erfolgreiches Beispiel für die industrielle Herstellung von leitfähigen Mitteln bei der Herstellung von Graphen-Lithium-Ionen-Batterien und bietet eine starke wissenschaftliche Forschungsbasis. Was ist also die Realität des Falles von Graphen-lithium-batterien? ?

Das erste Produkt ist ein Produkt von East Lumena Electric, das 2016 "ene king" auf den Markt gebracht wurde. Am 8. Juli 2016 startete die Produkteinführung von Graphen-Lithium-Ionen-Batterien mit der weltweit ersten Graphenbasis - "king ene" Lithium-Ionen Batterieprodukte.

Das zweite Produkt ist huawei, das im Dezember 2016 auf den Markt gebracht wurde. Es ist die branchenweit erste Hochtemperatur- und Langlebigkeits-Lithiumbatterie mit Graphenleistung. Durch den Zusatz von Graphhen und die Hochtemperatur-Lithium-Ionen-Batterietechnologie werden hauptsächlich drei Aspekte hinzugefügt: Hinzufügen spezieller Additive zum Elektrolyten, Entfernen von Spuren Wasser, vermeiden Sie die hohe Temperatur der Elektrolytzersetzung, Batterieanode mit modifiziertem großen ternären Einkristallmaterial, verbessern Sie die thermische Stabilität von Materialien, verwenden Sie gleichzeitig neues Material Graphen, das die Lithiumionenbatterie zwischen der Umgebung und effizient realisieren kann Wärmeableitung.

Erwähnt im dritten Produkt sind die Medien der Ostlumen-Elektrizität und die beste "Haushaltsgraphenbatterie", die Tatsache, dass Graphen in der Membran ...

Kontinuierlich auf dem Markt sind natürlich alle Arten von Graphen-Lithium-Batterie-Patenten angemeldet, bleiben aber auch nur in der Patentphase. Einschließlich Samsung, Panasonic, LG usw. haben Graphen-bezogene Patentanmeldungen. Derzeit gibt es keine Unternehmen der Markt für Graphen-Lithium-Ionen-Batterien für die Massenproduktion.

4. Zusammenfassend

Zweifellos die Leistung von Graphen, aber ob es für die Lithium-Ionen-Batterie verwendet werden kann? Mit kleinem Make-up imho ist Graphen nicht für Lithium-Ionen-Batterien geeignet. Beachten Sie Folgendes:

1. Das Kostenproblem

Die Verwendung von Graphen als leitfähiges Mittel kostet viel mehr als der durchschnittliche Ruß, die Kosten für Lithium-Ionen-Batterien sind die wichtigsten Kontrollfaktoren, reduziert nicht die Rohstoffkosten, auch wenn die elektrische Leistung des Graphens gut ist, die Verbrauchskosten von einer Tonne Hunderttausenden von Batterieherstellern kann es sich auch nicht leisten, sie zu verwenden.

2. Prozessprobleme

Prozess der Probleme der Graphenschichtstruktur ist hauptsächlich die Herstellung von Elektrodenpaste. Elektrodenpaste hat eine gute Liquidität, Dispersion und geeignete Viskosität. Graphenschicht in der Elektrodenpastendispersion ist ein sehr heikles Problem, insbesondere die Elektrodenpaste konnte kein Dispergiermittel hinzufügen, um zu helfen Die Oberfläche des Graphhens ist groß, da die Sedimentationsstabilität der Aufschlämmung einen großen Einfluss hat und es keine Garantie dafür gibt, dass jede Chargenkonsistenz die Batterieleistung beeinflusst.

3. Die anderen Faktoren

Graphenschichtstruktur der Lithiumionendiffusion, die leicht die Batteriepolarisation ernsthaft verursacht, was die Batteriekapazität verringert. Graphen ist reichlich funktionelle Gruppen auf der Oberfläche der Graphenoberfläche kleine Wunde, zu viel Zugabe verringert nicht nur die Batterieenergiedichte, und kann die Menge an flüssigem Elektrolyt erhöhen, andererseits auch erhöht und die Nebenreaktion des Elektrolyten und sexuelle Zyklen beeinflussen, kann sogar Sicherheitsprobleme bringen.

Anspruch auf dem Markt derzeit "Graphenbatterie" ist ein Konzept von ungenauen, genauen Sprechen sind im Grunde ein wenig Graphen in Materialien hinzufügen, um den Teil der Leistung von Lithium-Ionen-Batterien zu verbessern, kann Graphen für Lithium-Ionen-Batterien anrufen . Schließen Sie ein Labor in Graphen als Anodenmaterial für lithiumbatterien oder Superkondensatoren nicht aus, aber die Nachfrage ist höher. Zusammenfassend kann das Gewürz von Graphen als Lithium-Ionen-Batterie verwendet werden, aber als Advocate-Material ist es nicht geeignet.

Die Seite enthält den Inhalt der maschinellen Übersetzung.