当前位置:

OFweek储能网

储能材料

正文

深度:石墨烯的储能特性及其前景展望

导读: 新型的可再生能源,譬如风能和太阳能 等的利用,电动汽车、混合动力电动车的逐步市场化,各种便携式用电装置的快速发展,均需要高效、实用、“绿色”(零污染、低污染)的能量储运体系。

3.3 石墨烯在太阳电池中的应用

除了显示出作为超级电容器和锂离子电池的巨大潜力外,石墨烯也在太阳电池、储气方面展现出独特的优势。二维的石墨烯具有良好的透光性和导电性, 是很有潜力替代ITO的材料。利用石墨烯制作透明导电膜并将其应用于太阳电池中也成为人们所研究的热点。

Wang 等人利用氧化石墨热膨胀后热处理还原得到的石墨烯制作为透明导 电膜应用于染料敏化太阳电池中,取得了较好的结果。制备的石墨烯透明导电膜的电导率可以达到 550 S/cm,在 1000~3000nm 的光波长范围内,透光率可以达到 70%以上(图3)。Wu等人用溶液法制备的石墨烯透明导电膜应用于有机太阳电池中作为阳极,但是由于应用的石墨烯未经过有效的还原,所以电阻较大,导致得到的太阳电池的短路电流及填充因数不及氧化铟,如果可以降低石墨烯膜的电阻,得到的结果可能要更好。Liu等人用溶液法制备的石墨烯与其它贵金属材料复合的电极组装的有机太阳电池的短路电流可以到4.0 mA/cm2 ,开路电压为 0.72 V,光转化率可以达到1.1%。Li等人对石墨采用剥离- 再嵌入 - 扩张的方法,成功制备了高质量石墨烯,其电阻比通过以氧化石墨为原料制备的石墨烯低100倍,并以DMF为溶剂,成功制备了LB膜,这种透明导电膜也成为应用于太阳电池的潜在材料。

深度:石墨烯的储能特性及其前景展望

我们和合作小组率先报道了运用气液界面自组装方法制备大表面积、无支撑超薄石墨烯膜;经过选择性掺杂、改性,可以获得不同电性质和透光率的石墨烯柔性膜,是一种潜在的太阳电池电极材料。

3.4 石墨烯在储氢/甲烷中的应用

Dimitrakakis利用石墨烯和碳纳米管设计了一个三维储氢模型,如果这种材料掺入锂离子,其在常压下储氢能力可以达到41g/L(图 4)。因此,石墨烯这种新材料的出现,为人们对储氢/甲烷材料的设计提供了一种新的思路和材料。

深度:石墨烯的储能特性及其前景展望

4 结语与展望——石墨烯作为新型储能材料的前景分析

石墨烯具有较大的比表面积,良好的导电性和导热特性,是很有潜力的储能材料。笔者认为,石墨烯作为储能材料,其优势有以下几点:

石墨原料储量丰富、便宜,化学法制备的石墨烯成本较低;我们课题组发明的低温膨化法使其成本有了很大的降低。在对其工艺进行优化、放大之后,化学法制备的功能化石墨烯材料有望成为 很有竞争力的储能材料。

石墨烯具有良好的导电性和开放的表面,赋予其很好的储能功率特性。其宏观体织构由微米级、导电性好的石墨烯片层搭接而形成,形成开放的大孔径体系,这样的结构为电解质离子的进入提供了势垒极低的通道,保证这种材料良好的功率特性。

石墨烯具有较大的理论比表面积。大的比表面积决定了其具有较高的能量密度。目前石墨烯材料的比表面积(200~1200 m2 /g) 与理论预测值还有较大的差距,如何调控石墨烯的织构,使石 墨烯表面可以完全被电解质溶液所浸 润,是目前的重要课题。

石墨烯性状特征和活性炭、石墨材料相近,如果作为电极材料,可以与现有的超级电容器和锂离子电池的工艺路线兼容。 石墨烯材料具有导电和导热特性, 且可以形成厚度可调控的石墨烯膜,可以构建非常好的薄膜电池和储能器件。

石墨烯作为sp2 杂化材料的基元材 料,可以通过表面改性、复合,构筑“纳 米建筑”等手段对其进行二次结构的构建,通过优化结构,获得高储电容量的材料。我们和日本东北大学京谷隆小组合作研究表明,在分子筛微孔孔隙中可以制备获得单层石墨烯片层扭曲形成的单壁多孔炭,经过热处理可以获得非常好的大功率 特性。

总之,石墨烯材料具有优异的储能性质,也表现出良好的应用前景。目前石墨烯的研究尚待深入,经过系统研发,解决其中科学问题和工艺问题后,有望成为市场潜力巨大的电极材料。

<上一页  1  2  3  
声明: 本文由入驻OFweek公众平台的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

我来说两句

(共0条评论,0人参与)

请输入评论

请输入评论/评论长度6~500个字

您提交的评论过于频繁,请输入验证码继续

暂无评论

暂无评论

文章纠错
x
*文字标题:
*纠错内容:
联系邮箱:
*验 证 码: