石墨烯电池是怎么制作的?

什么是石墨烯电池?

与体积和分量比较，锂离子电池具有杰出的容量。不过也有一个缺陷:充电时间长。另一个缺陷是他们的最大输出功率。锂离子电池或许有很大的容量，但由于过热的风险，它们的最大输出功率是有限的。

石墨烯电池是通过改善现有的锂离子电池制成的。这是通过在电极中添加石墨烯来完成的，石墨烯可以改变电极的化学和物理性质。成果改善了充放电速率特性和容量。改善的放电速率意味着石墨烯电池具有更高的最大输出功率。

石墨烯电池是一项新技术，仍在研讨中。最佳的制作工艺还有待发现。在这一范畴缺少知识，同行评议的科学资料依然稀缺。我们将试着用一个可以在科学文献中找到的比如来解说这个工作原理。

石墨烯电池是怎么制作的?

石墨烯氧化钒电池

莱斯大学的研讨人员发现了一种新资料，它是氧化钒(VO2)和石墨烯的混合物。该混合电源可用于锂离子电池阴极。测量成果表明，这种混合阴极能在20秒内完全充放电，并能承受1000多次充电循环。1000次循环后，容量仍优于标称的90%。

钒氧化物在锂离子电池中具有高的能量容量。这是由于它们像海绵一样收集锂离子。运用氧化钒(VO2)或五氧化二钒(VO5)的缺陷是，氧化物通常是欠好的导电体。低电导率导致较慢的充放电速率。

科学家们找到了一种运用石墨烯作为氧化钒结构骨架的方法，石墨烯是一种优异的导体。这种混合资料从氧化钒那里承继了杰出的容量特性，从石墨烯那里承继了杰出的导电性，从而可以快速充电。

该工艺由氧化石墨纳米片与VO5粉末混合而成。混合物悬浮在水中并加热到高温。在这些温度下，五氧化二钒还原为VO2，而氧化石墨则还原为石墨烯。当VO2结晶时，它会形成约10纳米厚、600纳米宽的纳米带，并带有单原子厚度的石墨烯涂层。这些带有几十微米长，它们有十分大的比表面积，由于VO2的离子浸泡特性和石墨烯的高导电性，使得电子和锂离子的扩散十分快。这两个特性的结合，使快速充放电率，以及高的最高功率输出这些电池。

制作石墨烯电池的真正技术难点在于vo2-石墨烯混合资料的实际制作。为了出产这种混合物，必须十分精确地控制温度、压力和混合物浓度等工艺条件。这些工艺参数现在相对比较有名，并且可以很容易地控制，从而完成大规模出产。

石墨烯磷酸铁锂电池

磷酸铁锂锂电池又称磷酸铁锂(LFP)，是一种以磷酸铁锂为阴极的可充电电池。LFP电池是一种可充电的锂离子电池。虽然它们的能量密度比其他一些消费级锂离子电池要低，但它们的功率密度却更高。功率密度是电池供给能量的速率指标。

由于其较高的功率密度，他们是特别有趣的运用在电动汽车。LiFePo4电池具有更好的热稳定性和化学稳定性，它比其他锂离子电池更安全。它们在充电过程中很难点燃，LFP电池比其他锂离子电池在充电失利前更容易被乱用。

石墨烯电池不仅充电速度比锂离子电池快很多倍，并且容量也更大，超过了传统LFP电池的理论最大容量。

将LiFePo4纳米颗粒与氧化石墨烯纳米薄片混合，并采用喷雾干燥和退火等工艺。成果是一种由LiFePo4初级纳米颗粒嵌入次级球形微粒组成的资料，这些微粒通过石墨烯片的三维网络松散地包裹在一起。

石墨烯是一种极好的导电资料，它的运用大大提高了电子的迁移率和迁移率。石墨烯片上的纳米孔可以增加整个三维石墨烯基体的Li+迁移率。他们创造的基本上是一个离子海绵，可以吸收锂离子，同时答应电子在矩阵中自在移动。

当运用于石墨烯电池时，这种新型的lifepo4-石墨烯复合资料产生了很好的效果，使电池具有一些很好的性能。首先，比容量是70毫安每克。这意味着你的手机电池分量或许低于20克。对于电动汽车来说，分量的减轻是一个受到热烈欢迎的前进，由于电动汽车可以运用数百公斤的电池来驱动。充放电率也有所提高。

这些改善的LFP石墨烯电池可以在10℃充电，在20℃放电1000次，容量衰减率仅低于15%。为了更好地理解这一点，假如一个电池的额定电流是1200毫安，这意味着，理论上，它可以供给1200毫安的电流，为一个小时。在这种情况下，1C代表额定电流，在我们的比如中是1200毫安。

普通锂离子电池的充电温度为0.5-0.8C，放电温度可达1℃。另一方面，这些改善的石墨烯电池可以以比传统锂离子电池高20倍的速度可靠地充放电。峰值放电率被安全地提高到70C，这是电池功率密度提高70倍。

石墨烯电池运用

快速充电石墨烯电池或许是电动汽车储能电池的下一步。传统的电动汽车电池需求很长时间才能充满电——在某些情况下可以达到5小时。即便充了电，有些汽车的续航里程也只要50英里左右。石墨烯电池可以供给相同的续航里程，但充电时间可以缩短到半个小时以下。