¿Cuáles son las ventajas y desventajas de los materiales a base de grafeno?

En los últimos años, la demanda de dispositivos de almacenamiento de energía electroquímica de alto rendimiento ha aumentado enormemente, por lo que muchos académicos han comenzado a invertir en el desarrollo y la investigación de materiales de electrodos más excelentes. Los materiales a base de grafeno han atraído mucha atención a este respecto. Los materiales a base de grafeno se consideran materiales de electrodos de alto rendimiento prometedores que pueden mejorar el rendimiento de los dispositivos existentes y hacer que la próxima generación de dispositivos sea más práctica.

Los materiales de carbono se utilizan ampliamente en diferentes equipos de almacenamiento de energía y juegan un papel muy importante. Sin embargo, debido a la baja densidad de los materiales de carbono porosos y los materiales de nanocarbono, la densidad de almacenamiento del electrodo de alto contenido de carbono es siempre muy baja, lo que da como resultado una baja densidad de energía de volumen.

Aunque el grafeno se enfrenta al mismo problema, o incluso peor, una combinación controlada de grafeno y el diseño de la estructura del electrodo puede dar como resultado un electrodo basado en grafeno de alta densidad. Además, en muchos casos, los electrodos a base de grafeno integrados ensamblados no contienen ningún agente conductor o aglutinante, lo que ayuda a aumentar la densidad de energía del volumen.

Los materiales a base de grafeno son prometedores y existen oportunidades y desafíos para que los materiales a base de grafeno se utilicen como materiales de electrodos.

Como material de electrodo potencial para dispositivos de almacenamiento de energía electroquímica, el grafeno tiene muchas ventajas sobre otros materiales de carbono tradicionales y materiales de nanocarbono. Con su estructura física estable, gran superficie específica y buena conductividad eléctrica, el grafeno es casi un material perfecto para la mayoría de los dispositivos de almacenamiento de energía electroquímica.

Además, el rendimiento de la salida de grafeno también ha logrado un progreso muy notable: el uso de estructuras en capas bidimensionales se puede construir en una variedad de estructuras tridimensionales, pero también con una estructura de poros ajustable. En este artículo, revisamos las aplicaciones de materiales basados en grafeno en baterías de iones de litio líquido, baterías de azufre de litio, baterías de oxígeno y litio, NIB y SC. Descubrimos que la aplicación de grafeno a estos dispositivos puede mejorar significativamente su rendimiento.

Varias ventajas notables del grafeno son las siguientes:

1. El grafeno es un sustrato de carbono favorable cuando se aplica a materiales sin carbono. Su fácil aplicación y su gran superficie específica facilitan la hibridación y distribución uniforme de otros componentes activos en su superficie, lo que mejora enormemente la tasa de utilización de estos componentes. Además, es fácil usar grafeno para construir una red conductora interconectada entre dos partículas activas o incluso todo el electrodo. Una red de este tipo ayuda a mejorar la estabilidad de la circulación de los electrodos.

2. Se puede lograr una densidad de energía de alto volumen utilizando grafeno en lugar de materiales de carbono tradicionales en el dispositivo. El grafeno proporciona una solución potencial para el montaje de dispositivos de densidad de energía de alto volumen.

3. Se espera que el grafeno flexible produzca dispositivos de almacenamiento de energía flexibles. Usando grafeno y sus componentes, se pueden preparar fluidos colectores altamente flexibles, proporcionándonos un método para reemplazar los fluidos colectores de metales frágiles. Además, se puede preparar un electrodo flexible integrado utilizando grafeno, que ayuda a resolver el problema de la separación de los materiales activos que recolectan fluidos en el proceso de doblado repetido.

Además de lo anterior, el grafeno tiene una variedad de propiedades superiores en comparación con los materiales de carbono tradicionales, lo que puede ayudar a promover la aplicación práctica de varios sistemas de baterías nuevos. Las baterías de sodio y azufre de alta energía a temperatura ambiente utilizan compuestos de carbono / azufre como electrodos, según un estudio reciente. Podemos esperar que el grafeno mejore aún más el rendimiento de tales baterías. También se ha descubierto que los compuestos a base de grafeno se pueden utilizar como electrocatalizador de alta eficiencia para baterías de zinc-aire. Con base en estos resultados, no es difícil ver el gran potencial del grafeno en futuras aplicaciones de almacenamiento de energía.

Aunque los materiales basados en grafeno tienen muchas ventajas en la aplicación de dispositivos de almacenamiento de energía electroquímica (EESD), sus aplicaciones prácticas no se han realizado por completo y todavía existen algunos problemas graves. Son estos problemas urgentes los que hacen que los materiales basados en grafeno se vean obstaculizados en muchas aplicaciones prácticas. Para resolver los desafíos existentes, se deben realizar más esfuerzos a través del cálculo teórico y la investigación experimental. Se cree que en los próximos años se harán más avances en la aplicación práctica de materiales basados en grafeno y se lograrán avances revolucionarios en los dispositivos de almacenamiento de energía.

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