¿Qué importancia tiene el grafeno en el campo de las baterías de litio?

El rendimiento del grafeno, sin duda, ¿pero si se puede utilizar para las baterías de iones de litio? "El grafeno afirma que en el mercado actual, la batería es un concepto de habla inexacta y precisa, básicamente se agrega un poco de grafeno en los materiales, para mejorar el litio. La batería forma parte del rendimiento, se pueden llamar baterías de iones de litio de grafeno. No descarte el laboratorio en grafeno como materiales de ánodo, batería de litio o supercondensador, pero la demanda es alta. En conclusión, la especia del grafeno se puede utilizar como litio. batería de iones, pero como material defensor no es adecuado.

1. La estructura y propiedades del grafeno

Estructura física: el grafeno, es por la película delgada de una sola capa atómica de átomos de carbono, el grosor de solo 0.34 nm, el grosor de una sola capa es equivalente a uno más de ciento cincuenta mil del diámetro de un cabello humano. Es conocido en el mundo el más delgado, los nanomateriales más duros, permeable a la luz y se puede plegar. Debido a que solo es una capa de átomo, el movimiento de los electrones está limitado en un plano, el grafeno tiene unas nuevas propiedades eléctricas. El área de superficie específica del grafeno es de aproximadamente 2630 m2 / g, la conductividad térmica de 5000 w / m; K.

Propiedades eléctricas: el grafeno tiene características únicas y presenta propiedades de fermión de Dirac sin masa. La movilidad de los electrones puede ser de hasta 2 x 105 cm2 / Vt. S, que es aproximadamente 140 veces la movilidad de los electrones en el silicio, el arseniuro de galio 20 veces, la estabilidad a altas temperaturas, la conductividad eléctrica de hasta 108 Ω / m, la superficie La resistencia es de aproximadamente 31 Ω / sq (310 Ω / m2), menor que la del cobre o la plata, es la mejor conductividad del material a temperatura ambiente.

Además, el portador y los electrones en el orificio de grafeno portador del efecto hall cuántico medio entero se pueden observar mediante campos eléctricos que cambian el potencial químico, y bajo la condición de temperatura ambiente se observó como el grafeno de Novoselov el efecto hall cuántico.

2. El papel del grafeno en las baterías de iones de litio

Se debe al grafeno con el efecto de tamaño nanométrico de los anteriores, tiene una gran superficie específica, buena conductividad eléctrica y excelentes propiedades mecánicas, como el grafeno, ampliamente investigado por científicos de todo el mundo, y creó el concepto de "batería de grafeno de litio". ,

1) materiales de ánodo

El grafeno debido a su estructura bidimensional única, excelente capacidad de transmisión de electrones y las ventajas de la gran superficie específica tiene el potencial de reemplazar al grafito como una nueva generación de materiales de ánodo de batería de iones de litio. Mecanismo de almacenamiento de litio de grafeno similar a otros materiales de carbono , el ion de litio recargable desde el positivo hacia afuera después de que se forma la capa de material de carbono incrustado en el electrolito entre la formación de Li2C6, descargando el ion de litio hacia el ánodo. Debido a la estructura especial de grafeno bidimensional, cuando el espaciado de laminillas es superior a 0,7 nm, el grafeno se puede almacenar en ambos lados del ión de litio, al mismo tiempo, debido al pliegue que existe, el grafeno también puede ahorrar litio, por lo que en teoría la capacidad puede ser el doble que la del grafito y es superior a 744 mah / g.

Además, el grafeno para tamaño micro / nano, el grafito es mucho menor que el cuerpo, hace que la trayectoria de difusión de iones de litio sea más corta, el espaciado de las capas de grafeno suele ser mucho mayor que el grafito, también proporciona el transporte de iones de litio más canales. Como el cátodo es más ventajoso para mejorar el rendimiento de la batería. Desde que se presentó el concepto de baterías de grafeno, muchos resultados de investigación académica mostraron que la capacidad reversible de la batería de grafeno de litio puede alcanzar más de 500 mah / gy una excelente relación de rendimiento. condiciones de laboratorio de cátodo de batería de iones de litio con método CVD y reducción de hidrato de hidracina, filtro de succión al vacío y liofilización, etc. La preparación de grafeno, escamas o para esferas huecas, no son idénticas.

2) grafeno como agente conductor

El papel principal es mejorar la conductividad eléctrica del agente conductor, se debe al ion electrolito conductor, y no hay electrones de conducción, por lo que el agente conductor es promover que la electrónica llegue rápidamente a través de los materiales vivos. Además, el agente conductor también puede mejorar la trabajabilidad de la pieza polar, promover la infiltración de electrolito de la pieza polar, disminuir la resistividad, para mejorar la vida útil de las baterías de iones de litio.

En la actualidad, los utilizados comúnmente tienen SP, agente conductor de negro de acetileno, etc., negro de carbón tradicional como la bola, con el material vivo mezclado más fácil de mezclar entre sí, pero la forma de contacto es poco contacto y limita el juego de roles conductivo, aumenta el conductor. contenido del agente Pero el grafeno es una estructura laminar, para el punto de contacto con las sustancias activas: el contacto superficial, puede maximizar el papel de agente conductor, reducir la cantidad de agente conductor y puede usar más sustancias activas, mejorar la capacidad de la batería de litio. Las láminas de grafeno también es su inconveniente, la lámina de grafeno en disolventes más difíciles de dispersar, es más probable que se reúnan, pero es necesario aumentar la cantidad de grafeno.Al mismo tiempo, la estructura laminar para la difusión de iones de litio, causa resistencia interna de la célula aumenta, el fallo de la batería.

Teóricamente, la conductividad ultrarrápida del grafeno puede mejorar el rendimiento de la batería, pero el hecho es que la capa monolítica de grafeno obstaculizó la difusión de iones de litio como resultado, especialmente en una proporción grande cuando se carga y descarga dentro de la batería, lo que agrava la polarización. , la capacidad de descarga de la batería. Estudios relacionados han demostrado que bajo la condición de baja descarga, el uso de grafeno reemplaza parcialmente el negro de carbón conductor hasta cierto punto, reduce el agente conductor, mejora la densidad de energía de la batería, demasiado de algo bueno.

3. ¿La industrialización de la batería de litio y grafeno?

La investigación y el desarrollo de materiales de laboratorio y ánodo bajo la condición de la preparación de grafeno y grafeno ejemplo exitoso para la producción industrial de agente conductor en la producción de baterías de iones de litio de grafeno proporciona una sólida base de investigación científica, entonces, ¿cuál es la realidad de la caja de la batería de litio de grafeno? ?

El primer producto es un producto de east lumena electric lanzado en 2016 "ene king". El 8 de julio de 2016, el east lumena electric en diaoyutai celebró el lanzamiento del producto de batería de iones de litio de grafeno, lanzó la primera base de grafeno del mundo: iones de litio "king ene" productos de batería.

El segundo producto es Huawei, lanzado en diciembre de 2016, la primera batería de litio de alta temperatura y larga duración de la industria de la energía de grafeno.La adición de grafeno, el avance de la tecnología de batería de iones de litio de alta temperatura proviene principalmente de tres aspectos: adición de aditivos especiales en el electrolito, eliminación de trazas agua, evite la alta temperatura de la descomposición del electrolito; Ánodo de la batería con material ternario de cristal único grande modificado, mejora la estabilidad térmica de los materiales; Al mismo tiempo, utilizando grafeno nuevo material, que puede realizar la batería de iones de litio entre el medio ambiente y eficiente disipación de calor.

En el tercer producto se menciona el medio de electricidad de East Lumena y la mejor "batería de grafeno doméstica", es el hecho de que el grafeno en el diafragma ...

Continuamente en el mercado, por supuesto, salieron todo tipo de patentes de batería de litio de grafeno, pero también solo permanecen en la etapa de patente.Incluyendo Samsung, Panasonic, LG, etc., tienen solicitudes de patentes relacionadas con el grafeno.Actualmente no hay empresas en el mercado de baterías de grafeno de iones de litio para producción en masa.

4. Para resumir

El rendimiento del grafeno, sin duda, pero ¿se puede utilizar para la batería de iones de litio? Con un pequeño maquillaje en mi humilde opinión, el grafeno no es adecuado para las baterías de iones de litio, considere lo siguiente:

1. El problema de los costos

El uso de grafeno como agente conductor cuesta mucho más que el negro de carbón promedio, el costo de las baterías de iones de litio son los factores de control clave, no reduce el costo de las materias primas, incluso si el rendimiento eléctrico del grafeno es bueno, el costo de consumo de una tonelada de cientos de miles de fabricantes de baterías tampoco pueden permitirse el lujo de usar.

2. Problemas de proceso

El proceso de los problemas de la estructura de la hoja de grafeno es principalmente la preparación de la pasta de electrodo. La pasta de electrodo tiene buena liquidez, dispersión y viscosidad adecuada. La hoja de grafeno en la dispersión de pasta de electrodo es un problema muy espinoso, especialmente la pasta de electrodo no podría agregar dispersante para ayudar El área de superficie del grafeno es grande, ya que la estabilidad de sedimentación de la lechada tiene una gran influencia, y no hay garantía de que la consistencia de cada lote afecte el rendimiento de la batería.

3. Los otros factores

Estructura de lámina de grafeno de difusión de iones de litio, fácil de causar la polarización de la batería grave, lo que reduce la capacidad de la batería. El grafeno tiene abundantes grupos funcionales en la superficie de la herida pequeña de la superficie del grafeno, agregar demasiado no solo reducirá la densidad de energía de la batería y puede aumentar la cantidad de electrolito líquido, por otro lado también aumenta y la reacción secundaria del electrolito y afectan los ciclos sexuales, incluso pueden traer problemas de seguridad.

La afirmación en el mercado actual de "batería de grafeno" es un concepto de habla inexacta y precisa, básicamente se agrega un poco de grafeno en los materiales, para mejorar la parte del rendimiento de las baterías de iones de litio, se puede llamar al grafeno para las baterías de iones de litio. . No descarte el laboratorio en grafeno como material de ánodo para batería de litio o supercondensador, pero la demanda es mayor. En conclusión, la especia del grafeno se puede utilizar como batería de iones de litio, pero como material defensor no es adecuado.

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