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石墨烯作为新型储能材料的前景分析

导读: 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。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(200~1200m2/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。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。

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