电池百科

近年来，在我国新能源汽车产业快速发展的带动下，作为核心部件的动力电池产业也得到了迅猛发展，2017年我国动力电池产业规模居于世界首位。

新能源汽车发展基本方向是电动化，2017年中国新能源汽车产销量已经接近80万辆规模，纯电动汽车占比已经超90%以上。

近年来研究表明，纳米电极材料有望提供相当于现在商用锂离子电池数倍的能量或功率密度，但该材料此前只能在负载量极低的超薄研究型电极中达到其优异性能，难以在需要较高负载量的商用器件中实现其应有潜力。美国加州大学洛杉矶分校段镶锋教授团队最近研制出一种三维多孔石墨烯复合电极材料，成功地解决了电极性能随着负载量急剧下降的关键难题，使得制备高负载的高性能电极成为可能。相关研究成果美国时间11日发表在《科学》杂志上。

这七大趋势分别对未来石墨烯行业标准、产业链整合、价格走势，以及石墨烯在储能、先进电子、复合材料等主要应用领域的研发趋势进行了展望。

石墨烯被誉为21世纪的“黑金材料”，在全球引起广泛关注，涌现了超级石墨烯玻璃、超级石墨烯光纤、标号性石墨烯薄膜、石墨烯纳米墙、电致变色窗、触摸屏、智能投影墙、石墨烯超级电容器、石墨烯无纺布、粉体石墨烯、核石墨等一系列令人眼花缭乱的应用研究。

近年来，高性能电化学储能装置的需求量大幅上升，于是很多学者都开始投入到对更卓越电极材料的开发和研究中。在这方面，石墨烯基材料吸引了大量目光。由于能提升现有设备性能，并使下一代设备更实用，石墨烯基材料被看作是前景深远的高性能电极材料。

随着科学技术的发展，尤其是近年来石墨烯技术的提升，石墨烯添加剂技术已经进入到润滑油领域。从技术角度来讲，石墨烯的润滑原理和之前的抗磨添加剂的作用方式并不完全一样——由于石墨烯的分子颗粒非常小，因此它能在缸壁与活塞之间进行摩擦时产生滚珠效应，把滑动摩擦变为滚动摩擦，同时还能像腻子一样把缸壁上不平整的地方抹平。

我们知道，近期三星的爆炸事件、苹果手机的自动关机事件，就是电池与手机的兼容性问题。这其实就是由于手机的电池续航能力、以及支持能力存在的巨大安全隐患。因为“智能手机”中有大量芯片，比如音频芯片、视频芯片、电源管理芯片、ISP芯片（拍照用）、WIFI芯片、CPU、GPU、基带等等，人们对智能手机的性能的要求越来越高，尤其是续航能力，所以这些芯片的负荷也就越来越高。

近几年来，石墨烯这种获过诺奖的材料一直广受社会关注，在相关媒体上也充满了各种“石墨烯电池”等方面的新闻。广大群众此时可能会好奇：石墨烯这种材料到底有多少用处，能不能依靠它来解决目前材料、电池等方面遇到的一系列技术瓶颈，帮助电动汽车、储能等行业实现飞跃？

石墨烯是目前在科技界最为流行的一种高性能材料，单层原子的厚度和各种优良性能，使它在各行各业都具有极高的应用潜力。从导电材料到电磁再到纤维，跨越26个领域的石墨烯，可以说是目前世界上最薄也是最坚硬的材料，从神奇的石墨烯纸片到快速充电电池再到石墨烯导电塑料、石墨烯屏蔽线、石墨烯地热片、石墨烯柔性手机、石墨烯碳纤维、石墨烯导热膜，更有可能替代硅，制造未来新一代超级计算机。但是我们相信石墨烯的潜力远不止这些。

石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜，是一种只有一个原子层厚度的准二维材料，所以又叫做单原子层石墨。它的厚度大约为0.335nm，根据制备方式的不同而存在不同的起伏，通常在垂直方向的高度大约1nm左右，水平方向宽度大约10nm到25nm，是除金刚石以外所有碳晶体（零维富勒烯，一维碳纳米管，三维体向石墨）的基本结构单元。

针对原料和用途的不同，相应的有几种不同方法。通常来讲有气相沉积法，氧化还原法，插层法。

石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜，是一种只有一个原子层厚度的准二维材料，所以又叫做单原子层石墨。英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，用微机械剥离法成功从石墨中分离出石墨烯，因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。石墨烯常见的粉体生产的方法为机械剥离法、氧化还原法、SiC外延生长法，薄膜生产方法为化学气相沉积法（CVD）。由于其十分良好的强度、柔韧、导电、导热、光学特性，在物理学、材料学、电子信息、计算机、航空航天等领域都得到了长足的发展。

石墨烯应用在锂离子电池、超级电容器、锂硫电池、燃料电池到太阳能电池，屡见技术突破也已经是不争的事实，那为何迄今在市面上还看不到实用的商品？

绿色”的能量储运体系已成为当前能源领域的关注热点，锂电作为其中重要的一个分支，其性能的提升是科研工作者关注的重点。随着研究的不断发展，高性能锂电电极材料层出不穷。实际应用中，所制备材料性能无法完全发挥是制约其实现高能量密度、高功率密度的关键。石墨烯的高导电性、高导热性、高比表面积、等诸多优良特性，一定程度上对解决该问题有着非常重要的理论和工程价值。石墨烯在用作锂离子电池正负极材料方面具有以下优势：

2017年，英国和中国的科学家先后利用不同方法，实现了对氧化石墨烯层间距的精确控制，使得体积较小的水分子可以顺利通过，而盐离子则被“堵在门外”。该成果展现了氧化石墨烯在海水淡化领域的巨大潜力。

新材料是国家七大战略性新兴产业之一，也是我国石化和化学工业加快转变发展方式的重要着力点，并且与能源、信息、装备制造、节能环保、生物医学等产业密切相关。目前，新材料已被列入国家、各级地方政府以及生产企业的规划重点，投资者重点研究的热点领域。材料的“新”与“旧”其实是相对的，既取决于产品本身的技术含量、使用性能、工艺水平，也与该国的社会发展阶段、区域市场的稀缺程度有关。

利用超声和搅拌等方法将石墨烯粉末均匀分散于有机溶剂中，得到浓度为0.05mg/ml～0.5mg/ml的石墨烯溶液，通过抽滤的方法将石墨烯均匀覆盖于有机滤膜或水系滤膜之上，再通过机械剥离、浸泡或有机溶剂溶解的方法将石墨烯薄膜和滤膜分离，得到石墨烯薄膜，在石墨烯薄膜上加上电极，对其施加电压即可产生热量。由于石墨烯独特的二维纳米结构，大的厚径比、高的比表面积的特性，通过以上的制备工艺，使得石墨烯片层之间形成均匀连通的导电网络，在施加较低的电压（1～10V）下即可产生较高的热量。

2004年，两位俄裔英籍科学家将石墨烯成功从石墨中分离。石墨烯集合世界上最优质的各种材料品质于一身。石墨烯无疑是过去十年，乃至未来几十年，所有材料“明星”中最耀眼的一颗。如果说20世纪是硅的世纪，神奇的石墨烯则是21世纪新材料的宠儿。

如果你要涉及石墨烯领域，那你一定不可以满目的去追求它的应用，本文归纳了石墨烯必须要了解的这6个“潜规则”，这是经验也是教训。