Was sind die Vor- und Nachteile von Materialien auf Graphenbasis?

In den letzten Jahren hat die Nachfrage nach elektrochemischen Hochleistungs-Energiespeichern stark zugenommen, so dass viele Wissenschaftler begonnen haben, in die Entwicklung und Erforschung besserer Elektrodenmaterialien zu investieren. Materialien auf Graphenbasis haben in dieser Hinsicht viel Aufmerksamkeit erregt. Materialien auf Graphenbasis gelten als vielversprechende Hochleistungselektrodenmaterialien, die die Leistung bestehender Geräte verbessern und die nächste Gerätegeneration praktischer machen können.

Kohlenstoffmaterialien werden häufig in verschiedenen Energiespeichern verwendet und spielen eine sehr wichtige Rolle. Aufgrund der geringen Dichte von porösen Kohlenstoffmaterialien und Nanokohlenstoffmaterialien ist die Speicherdichte der Elektrode mit hohem Kohlenstoffgehalt jedoch immer sehr niedrig, was zu einer geringen Volumenenergiedichte führt.

Obwohl Graphen vor dem gleichen oder noch schlimmeren Problem steht, kann eine kontrollierte Kombination aus Graphen- und Elektrodenstrukturdesign zu einer Elektrode auf Graphenbasis mit hoher Dichte führen. Darüber hinaus enthalten die zusammengesetzten integrierten Elektroden auf Graphenbasis in vielen Fällen kein leitfähiges Mittel oder Bindemittel, was zur weiteren Erhöhung der Volumenenergiedichte beiträgt.

Materialien auf Graphenbasis sind vielversprechend, und es gibt Chancen und Herausforderungen für Materialien auf Graphenbasis, die als Elektrodenmaterialien verwendet werden

Als potenzielles Elektrodenmaterial für elektrochemische Energiespeicher hat Graphen viele Vorteile gegenüber anderen herkömmlichen Kohlenstoffmaterialien und Nanokohlenstoffmaterialien. Mit seiner stabilen physikalischen Struktur, seiner großen spezifischen Oberfläche und seiner guten elektrischen Leitfähigkeit ist Graphen fast ein perfektes Material für die meisten elektrochemischen Energiespeicher.

Darüber hinaus hat die Leistung der Graphenausgabe bemerkenswerte Fortschritte gemacht: Die Verwendung einer zweidimensionalen Schichtstruktur kann in eine Vielzahl dreidimensionaler Strukturen, aber auch mit einstellbarer Porenstruktur konstruiert werden. In diesem Artikel haben wir die Anwendungen von Materialien auf Graphenbasis in flüssigen lithium-ionen-batterien, Lithium-Schwefel-Batterien, Lithium-Sauerstoff-Batterien, NIB und SC untersucht. Wir haben festgestellt, dass das Aufbringen von Graphen auf diese Geräte ihre Leistung erheblich verbessern kann.

Einige bemerkenswerte Vorteile von Graphen sind wie folgt:

1. Graphen ist ein günstiges Kohlenstoffsubstrat, wenn es auf Materialien ohne Kohlenstoff aufgetragen wird. Die einfache Anwendung und die große spezifische Oberfläche erleichtern das Hybridisieren und gleichmäßige Verteilen anderer aktiver Komponenten auf der Oberfläche, wodurch die Nutzungsrate dieser Komponenten erheblich verbessert wird. Darüber hinaus ist es einfach, mit Graphen ein miteinander verbundenes leitendes Netzwerk zwischen zwei aktiven Partikeln oder sogar der gesamten Elektrode aufzubauen. Ein solches Netzwerk trägt dazu bei, die Stabilität der Elektrodenzirkulation zu verbessern.

2. Eine hohe Volumenenergiedichte kann erreicht werden, indem Graphen anstelle herkömmlicher Kohlenstoffmaterialien in der Vorrichtung verwendet wird. Graphen bietet eine mögliche Lösung für die Montage von Geräten mit hoher Volumendichte.

3. Von flexiblem Graphen wird erwartet, dass es flexible Energiespeicher erzeugt. Mit Graphen und seinen Komponenten können hochflexible Kollektorflüssigkeiten hergestellt werden, die uns eine Methode bieten, um spröde Metallkollektorflüssigkeiten zu ersetzen. Zusätzlich kann eine integrierte flexible Elektrode unter Verwendung von Graphen hergestellt werden, was dazu beiträgt, das Problem der Trennung von flüssigkeitssammelnden aktiven Materialien beim wiederholten Biegen zu lösen.

Darüber hinaus weist Graphen im Vergleich zu herkömmlichen Kohlenstoffmaterialien eine Vielzahl überlegener Eigenschaften auf, was dazu beitragen kann, die praktische Anwendung verschiedener neuer Batteriesysteme zu fördern. Hochenergetische Natrium-Schwefel-Batterien bei Raumtemperatur verwenden laut einer aktuellen Studie Kohlenstoff / Schwefel-Verbundwerkstoffe als Elektroden. Wir können erwarten, dass Graphen die Leistung solcher Batterien weiter verbessert. Es wurde auch gefunden, dass Verbundwerkstoffe auf Graphenbasis als hocheffizienter Elektrokatalysator für Zink-Luft-Batterien verwendet werden können. Basierend auf diesen Ergebnissen ist es nicht schwer, das große Potenzial von Graphen in zukünftigen Energiespeicheranwendungen zu erkennen.

Obwohl Materialien auf Graphenbasis viele Vorteile bei der Anwendung elektrochemischer Energiespeichervorrichtungen (EESDs) haben, wurden ihre praktischen Anwendungen nicht vollständig realisiert, und es gibt immer noch einige ernsthafte Probleme. Es sind diese dringenden Probleme, die dazu führen, dass Materialien auf Graphenbasis in vielen praktischen Anwendungen behindert werden. Um die bestehenden Herausforderungen zu lösen, sollten durch theoretische Berechnungen und experimentelle Forschung weitere Anstrengungen unternommen werden. Es wird angenommen, dass in den nächsten Jahren weitere Durchbrüche bei der praktischen Anwendung von Materialien auf Graphenbasis erzielt werden und revolutionäre Fortschritte bei Energiespeichern erzielt werden.

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