Wie Graphen-Lithium-Batterien funktionieren, wie Graphen-Batterien funktionieren

Der Inhalt ist wie folgt: Eine neue energiebatterie wird entwickelt, indem die schnelle und große Menge der Shuttle-Bewegung von Lithiumionen zwischen der Graphenoberfläche und der Elektrode ausgenutzt wird. Die Beziehung zwischen Zeit (Stunden, Tagen) und Spannung, die von Graphenbatterien in gesättigter Kupferchloridlösung erzeugt wird.

Der technologische Durchbruch des Mikrographen-Ultrakondensators kann als revolutionäre Entwicklung für Batterien bezeichnet werden. Gegenwärtig ist das Hauptverfahren zur Herstellung von Miniaturkondensatoren die Plattendrucktechnologie, die viel Personal und Kosten erfordert und die kommerzielle Anwendung der Produkte behindert. Jetzt können Sie mit billigen Materialien aus einem Standard-DVD-Brenner oder sogar zu Hause in 30 Minuten mehr als 100 winzige Graphen-Superkondensatoren auf einer einzigen Disc herstellen.

Experimente zur Selbstladung von Graphenbatterien mit Umgebungswärme

Die Beziehung zwischen Zeit (Stunden, Tagen) und Spannung, die von Graphenbatterien in gesättigter Kupferchloridlösung erzeugt wird.

Die resultierende Schaltung enthält LEDs, die mit Bandgraphen verdrahtet sind. Sie geben einfach Graphen auf Kupferchlorid (Kupferchlorid) in die Lösung. Die LED leuchtet. Tatsächlich benötigten sie sechs in Reihe geschaltete Graphenschaltungen, um die erforderlichen 2 V zu erzeugen, das LED-Licht zum Leuchten zu bringen und dieses Bild zu erhalten.

Was hier passiert, sagen xu und seine Kollegen, ist, dass sich Kupferionen, die eine doppelt positive Ladung haben, aufgrund der Wärmeenergie der Lösung bei Raumtemperatur etwa 300 Meter pro Sekunde durch die Lösung bewegen. Wenn die Ionen in den Graphengürtel eindringen, erzeugt die Kollision genug Energie, um Elektronen aus dem Graphen fernzuhalten. Elektronen haben zwei Möglichkeiten: Sie können das Graphenband verlassen und sich an Kupferionen binden, oder sie können das Graphen passieren und in den Stromkreis eintreten.

Es stellt sich heraus, dass die Elektronen in Graphen schneller fließen als durch die Lösung, so dass die Elektronen natürlich einen Weg durch den Stromkreis nehmen. Es ist diese kleine Lichtmenge, die LED-Lichter dazu bringt, "Elektronen freizusetzen, die eher durch die Graphenoberfläche als in den Elektrolyten gelangen. Auf diese Weise erzeugt das Gerät die Spannung", sagte Xu.

Infolgedessen stammt die vom Gerät erzeugte Energie aus der Wärme der Umgebung. Sie können den Strom einfach durch Erhitzen der Lösung erhöhen oder die Kupferionen mit Ultraschall beschleunigen. Mit nur Umgebungswärme konnten sie ihre Graphenbatterien 20 Tage lang laufen lassen. Aber es gibt ein wichtiges Fragezeichen. Eine andere Hypothese ist, dass eine chemische Reaktion wie bei einer normalen Batterie elektrischen Strom erzeugt.

Xu und seine Kollegen sagten jedoch, sie hätten dies ausgeschlossen, weil sie mehrere kontrollierte Experimente durchgeführt hätten. Diese werden jedoch in einigen ergänzenden Materialien vorgestellt und scheinen nicht auf der arXiv-Website zu sein. Sie müssen an die Öffentlichkeit gehen, bevor jemand anderes eine ernsthafte Erklärung abgibt. Auf den ersten Blick scheint dies eine sehr wichtige Leistung zu sein. Andere Menschen haben ebenfalls Strömungen in Graphen erzeugt, lassen aber einfach das Wasser durch, so dass es nicht wirklich überraschend ist, dass sich bewegende Ionen diesen Effekt haben können. Dies lässt auf saubere, grüne Batterien schließen, die nur mit Umgebungswärme betrieben werden. "" Dies ist ein großer Durchbruch bei der Erforschung selbstgesteuerter Technologien ", sagten xu und Kollegen.

Wissenschaft populär machen:

1. Graphenbatterien sind nur eine Art zu sagen, dass es sich um Lithiumbatterien oder andere dielektrische Batterien handelt.

Graphen ist ein superdünnes Material, das selbst keinen Strom speichern kann. Es wird hauptsächlich verwendet, um die Materialien an den beiden Polen einer Batterie zu trennen, damit Elektronen sehr leicht durch sie hindurchtreten können. Mit anderen Worten, der Innenwiderstand des Akkus ist sehr gering, weshalb er so schnell aufgeladen wird.

3. Mit dem obigen Wissen wissen Sie, dass für eine Graphenbatterie derselben Größe ihre Kapazität keinen großen Vorteil oder sogar Nachteil hat, da Sie eine Schnellladeschaltung entwerfen müssen. Daher ist es unmöglich, eine Graphenbatterie 10 Tage und einen halben Monat lang zu verwenden, mit Ausnahme einiger abnormaler Designs!

4. Die Hauptvorteile von Graphenbatterien liegen in ihrer Lebensdauer und Ladegeschwindigkeit. Nach dem Test, Graphenbatterie laden und entladen 2000-fache Dämpfungsrate innerhalb von 15%, etwa 40 ~ 80% im Vergleich zu normalen Lithiumbatterien, Ladegeschwindigkeit 5000 mah kann eine halbe Stunde voll sein, wenn das Schaltungsdesign, theoretisch richtig gefüllt werden kann Innerhalb von 5 Sekunden, aber der Engpass bei der Ladegeschwindigkeit ist nicht der Akku selbst, sondern das Ladegerät und das Kabel, um eine so hohe Leistung zu erreichen, dass die Stromübertragungsleitungen ein großer Test sind.

Verstehe die irreführenden Leute nicht ... Kann baidu Enzyklopädie: Graphenbatterie

1) Graphen hat eine sehr große spezifische Oberfläche (2630 m² / g), wodurch die Batteriepolarisation verringert werden kann, wodurch der durch die Polarisation verursachte Energieverlust verringert wird.

2) Graphen hat eine ausgezeichnete elektrische und thermische Leitfähigkeit, das heißt, es hat einen guten elektronischen Übertragungskanal und Stabilität.

3) Der Maßstab der Graphenschicht liegt auf der Nano-Mikro-Ebene, die viel kleiner ist als die von Graphit, was den Diffusionsweg von Li + zwischen Graphenschichten verringert. Die Vergrößerung des Lamellenabstands ist auch vorteilhaft für die Diffusionsübertragung von Li + und die Verbesserung der Leistung von Lithiumionenbatterien.

Wie funktioniert eine Graphenbatterie? Anwendung von Graphen in Anodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien

Die Anwendung und die Vorteile von Graphen in Lithiumanoden- und Kathodenelektrodenmaterialien sind nachstehend zusammengefasst.

1. Anwendung von Graphen in Anodenmaterialien von Lithiumionenbatterien

Graphen wird direkt als Kathodenmaterial für Lithiumionenbatterien verwendet

Vorteile der direkten Lithiumspeicherung von Graphen: 1) hohe spezifische Kapazität: Lithiumionen sind nicht stöchiometrisch in Graphen eingebettet? Abnehmbare spezifische Kapazität bis zu 700 ~ 2000 mAh / g; 2) hohe Lade- und Entladerate: Der Abstand zwischen Schichten aus mehrschichtigen Graphenmaterialien ist erheblich größer als der Abstand zwischen Schichten aus Graphit, was der schnellen Einbettung und Entbettung von Lithiumionen förderlicher ist. Die meisten Studien haben auch gezeigt, dass die Kapazität der negativen Graphenelektrode etwa 540 mA · h / g beträgt. Aufgrund der Zersetzung einer großen Anzahl sauerstoffhaltiger Gruppen auf ihrer Oberfläche oder der Reaktion mit Li + während des Lade- und Entladevorgangs wird jedoch die Batteriekapazität abgeschwächt und auch die Multiplikatorleistung stark beeinträchtigt.

Durch Heteroatomdotierung verursachte Defekte verändern die Oberflächenmorphologie des Graphenanodenmaterials, wodurch die Benetzbarkeit zwischen Elektrode und Elektrolyt verbessert, der Abstand des Elektronentransfers innerhalb der Elektrode verkürzt und die Diffusions- und Übertragungsgeschwindigkeit von Li + im Elektrodenmaterial verbessert wird zur Verbesserung der Leitfähigkeit und thermischen Stabilität des Elektrodenmaterials. Beispielsweise können dotierte N- und B-Atome die Struktur von Graphen verformen (1) und bei 50 mA / g Vergrößerung mit einer Kapazität von 1540 mAh / g geladen und entladen werden, und das mit N und B dotierte Graphenmaterial kann geladen werden und in relativ kurzer Zeit schnell entladen, und die Lade- und Entladezeit des akkus beträgt 30 s bei 25 A / g Vergrößerung [2].

Wie funktioniert eine Graphenbatterie? Anwendung von Graphen in Anodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien

Es gibt jedoch immer noch einige Nachteile für Graphenmaterialien, die direkt als negative Elektrode von Batterien verwendet werden können, einschließlich: 1) Monolayer-Graphenschichten, die hergestellt werden, sind leicht anzusammeln, und ein gewisser hoher Lithiumspeicherraum geht aufgrund der Verringerung der spezifischen Oberfläche verloren ;; 2) erstmals eine geringe Coulomb-Effizienz, im Allgemeinen weniger als 70%. Aufgrund der großen spezifischen Oberfläche und der reichlich vorhandenen funktionellen Gruppen zersetzen sich Elektrolyte während des Zyklus auf der Graphenoberfläche und bilden einen SEI-Film. Gleichzeitig haben die restlichen sauerstoffhaltigen Gruppen auf der Oberfläche von Kohlenstoffmaterialien irreversible Nebenreaktionen mit Lithiumionen, was zu einer weiteren Abnahme der reversiblen Kapazität führt. 3) schnelle anfängliche Kapazitätsdämpfung; 4) Spannungsplattform und Spannungsverzögerung. Um diese Reihe von Problemen zu lösen, werden Graphen und andere Materialien zu Verbundanodenmaterialien auf Graphenbasis zusammengesetzt, die ein heißes Thema in der Lithiumbatterieforschung und eine Entwicklungsrichtung für Lithiumanodenmaterialien geworden sind.

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