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【大牛综述】石墨烯基材料应用于电化学储能: 机遇与挑战

烯碳资讯  · 公众号  ·  · 2017-04-27 15:06

正文



小烯导读


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。


碳材料广泛应用于不同的 储能设备 ,并发挥着非常重要的作用。然而,由于多孔碳材料和纳米碳材料 密度低 ,高碳含量电极的 存储密度 也总是很低,因而造成体积能量密度低。


尽管石墨烯也面临同样问题,甚至情况更严重,但经过石墨烯和电极结构设计的 可控组合 ,还是可以得到高密度石墨烯基电极。 此外,在许多情况下,组装的集成 石墨烯基电极 不含 任何导电剂 和粘结剂,因此能进一步帮助 提升 体积能量密度



作为电化学储能装置的 潜在电极材料 ,石墨烯具有许多其他传统碳材料和纳米碳材料所没有的 优越性 。石墨烯物理结构 稳定 比表面积 、导电性 良好 ,对大多数电化学储能装置来说,它几乎是一种完美材料。


此外,石墨烯的 输出性能 也取得了很多令人瞩目的进步:利用 二维层状结构 能构建出各种三维结构,还具备可调节的 孔隙结构 。我们在论文中综述了石墨烯基材料在液态锂离子电池、锂硫电池、锂氧电池、NIB和SC等方面的应用。我们研究发现,将石墨烯应用于这些装置,能大大 提高 其性能


石墨烯的几个显著优势如下:


1

石墨烯在实际应用于非碳材料时,是一种有利的碳基材。它应用容易,比表面积大,使得在其表面实现其他活性成分的杂交和均匀散布更加容易,这也极大提高了这些成分的利用率。此外,利用石墨烯在两个活性粒子甚至是整个电极间构建互联的导电网络也是轻而易举。这样的网络有助于提高电极的循环稳定性。


2

通过在装置中使用石墨烯代替传统碳材料,能实现高体积能量密度。石墨烯为高体积能量密度装置的组装提供了潜在解决方案。


3

柔性石墨烯有望制造柔性储能装置。 使用石墨烯及其组件可以制备出具有高度柔韧性的集流体,为我们提供了一种取代脆性金属集流体的方法。此外,利用石墨烯还能制备出集成柔性电极,有助于解决在反复弯曲过程中集流体活性材料分离的问题。

除了以上几点,石墨烯相较于传统碳材料还具有多种优越性能,可能有助于促进各种 新型电池系统 的实际应用。新近研究报告指出,高能室温钠硫电池通过 碳/硫复合材料 作为电极。我们可以预料,石墨烯可以进一步 帮助提升 这类电池的性能。还有研究发现,石墨烯基复合材料可作为锌空气电池的高效 电催化剂 。在种种结果之上,我们不难看出,石墨烯在未来能源储存装置应用中的 巨大潜力。








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