石墨烯在電池中的應(yīng)用

石墨烯在電池中的應(yīng)用

歐盟石墨烯旗艦計(jì)劃第9工作組致力于開(kāi)發(fā)創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)路線，使石墨烯基材料能夠在未來(lái)用于能源轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存裝置，如光伏電池和燃料電池。

添加石墨烯的鈣鈦礦光伏電池是工作組9的核心問(wèn)題。太陽(yáng)能電池含有一種具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的化合物，用于光捕獲。鈣鈦礦是一種通式為abx3的陶瓷化合物。在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中，石墨烯或其他2d材料被用作透明電極來(lái)代替銦。氧化錫（ITO）薄膜可以提高設(shè)備效率，大大降低制造成本。除了石墨烯外，合適的二維材料還包括二硫化鉬、二硫化鎢和硒化鎢。鈣鈦礦技術(shù)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以部分降低濕法工藝的成本。這種先進(jìn)的技術(shù)同時(shí)也解決了太陽(yáng)能電池在長(zhǎng)期輻射下的穩(wěn)定性等問(wèn)題。

羅馬Tor Vergata大學(xué)第九工作組的研究員Aldo Di Carlo回到了鈣鈦礦光伏電池的制造過(guò)程中，試圖將石墨烯和相關(guān)材料整合到電池的不同組分中，普通的實(shí)驗(yàn)方法得到了超出預(yù)期的結(jié)果。研究人員發(fā)現(xiàn)，含石墨烯功能化組件的太陽(yáng)能電池已經(jīng)顯著提高了性能。

迪卡洛和他的學(xué)院向你展示了石墨烯和相關(guān)材料添加劑的作用。一方面，通過(guò)提高電池兩極的光載流子傳輸率，提高了光子轉(zhuǎn)換效率；另一方面，提高了太陽(yáng)能電池的穩(wěn)定性；另外，染料敏化太陽(yáng)能電池中鉑改性的對(duì)電極價(jià)格昂貴。在此基礎(chǔ)上，討論了用石墨烯替代石墨烯的可能性，使太陽(yáng)能電池的制造更簡(jiǎn)單、更可持續(xù)。

劍橋大學(xué)的化學(xué)家最近宣布了鋰氧電池在媒體發(fā)展方面的突破。發(fā)表在《科學(xué)》上的文章還描述了石墨烯如何提高鋰氧電池的容量、能效和穩(wěn)定性，這種新型鋰氧電池的理論能量密度是鋰離子電池在移動(dòng)設(shè)備中廣泛使用的10倍以上。

與最先進(jìn)的可充電電池相比，鋰氧電池具有明顯的優(yōu)勢(shì)，然而，在高功率應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)當(dāng)前可行的、有選擇性的技術(shù)之前，鋰氧電池的發(fā)展仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)，劍橋的研究人員使用多孔石墨烯電極來(lái)代替普通的石墨烯電極。鋰氧示范電池中的石墨電極。

劍橋大學(xué)研制的鋰氧電池在化學(xué)機(jī)理上與以前的無(wú)水鋰空氣電池有很大的不同，由于添加了碘化鋰，鋰氧電池的化學(xué)反應(yīng)明顯較低，這些化學(xué)反應(yīng)會(huì)使電池降解，因此研制的鋰氧電池在化學(xué)機(jī)理上與以前的無(wú)水鋰空氣電池有很大的不同。劍橋大學(xué)在多次充放電循環(huán)中表現(xiàn)出更好的穩(wěn)定性。研究人員已經(jīng)將充放電之間的壓差降低到0.2伏，壓差越小，電池的能效就越高。之前對(duì)鋰空氣電池的嘗試已經(jīng)限制了壓差對(duì)電池性能的影響。壓力在0.5到1.0之間，而0.2伏更接近鋰離子電池的壓差，能效為93%。

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人克萊爾·格雷說(shuō)：我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果無(wú)疑給這項(xiàng)技術(shù)帶來(lái)了巨大的推動(dòng)。雖然我們還沒(méi)有解決所有固有的化學(xué)問(wèn)題，但我們的研究成果為電池設(shè)備的實(shí)際開(kāi)發(fā)指明了方向。格雷的鋰氧電池技術(shù)已獲得專(zhuān)利，并將通過(guò)劍橋的業(yè)務(wù)部門(mén)劍橋企業(yè)進(jìn)一步推廣。

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