登录注册
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
我要投稿
石墨烯是当前炙手可热的新材料,但氧化还原法制石墨烯的历史却由来已久。早在1958年,Hummers便以天然石墨、高锰酸钾和浓硫酸为原料,通过液相氧化插层成功合成了氧化石墨,成为制备氧化石墨的经典方法,2007年,美国Ruoff教授团队通过对氧化石墨进行液相剥离和化学还原,成功制得石墨烯粉体,将氧化石墨与石墨烯跨时空连接起来,而中国科学院山西煤炭化学研究所(以下简称山西煤化所)的石墨烯研发也始于这一年。2010年,诺贝尔物理学奖众望所归颁给石墨烯发现者,石墨烯的研究与产业热潮由此拉开帷幕。短短十年间,石墨烯正走向新材料领域的巅峰。
“爆米花”式制备过程
众所周知,石墨是由石墨烯层层堆叠而成的晶体,氧化还原法的思路即是基于此。既然石墨烯是其基本结构单元,我们要做的就是把它剥开。但石墨是惰性物质,层间结合力强,直接剥离难度大。因此,我们考虑先对石墨氧化插层,获得氧化石墨中间体,晶体层间距由0.335nm扩大到0.6~0.8nm,且层间插入大量含氧官能团和水分子。氧化石墨反应活性很高,对其快速热膨胀,官能团则分解产气形成内压,克服层间范德华力做功,于是就像手风琴一样被拉开,得到单层或少数几层的石墨烯,整个过程类似于“爆米花”。此外,氧化石墨因含氧官能团修饰而具有较强亲水性,在水中极易超声剥离形成氧化石墨烯悬浮液,也是一类极具价值的石墨烯材料。
氧化还原法制石墨烯的化学过程较为简单,易于实现公斤至吨级粉体的量化制备。与物理法和液相插层法相比,同等石墨原料所得石墨烯的剥离效果一般更好,平均层数通常在10层以内,比表面积大于300m2/g。但是,氧化过程会破坏石墨烯的部分晶体结构,引入官能团和缺陷位,因此其导电性将受一定影响。然而,这些官能团和缺陷也可提升石墨烯的表面活性和润湿性,有助于石墨烯在液相和固相中的分散,提高复合材料的界面相容性和整体性能。从表观上看,当采用热还原路线时,所得石墨烯比物理法和液相插层石墨烯更蓬松,通常堆密度都低于5g/L,这一方面佐证了石墨烯的剥离效果好,另一方面也给加工利用增加了难度。
工业级氧化还原石墨烯制备与实验室制备显著不同。在山西煤化所中试实践中,我们将石墨烯制备过程划分为氧化合成、分离纯化、干燥制粉和膨化炭化主体工艺段。上述均为基本的化工单元操作,但由于石墨烯二维结构和纳米材料特殊性,生产工艺和装备开发仍面临诸多挑战。例如,氧化段涉及强酸和强氧化环境,伴随剧烈放热,体系稠而不粘,给反应器设计加工带来难题。山西煤化所在反应器选材和结构设计方面做了大量工作,有效解决了防腐和散热矛盾,反应过程更平稳、安全。在纯化段,氧化石墨在水中吸水性强,pH值升高易凝胶化,与水密度差小,片状颗粒易堵孔,给固液分离带来巨大难题。针对物料特点,山西煤化所设计了分段串联与循环工艺,并自主研发了连续纯化装置,可高效脱除氧化石墨中杂离子,保障石墨烯终端产品纯度。此外,还成功开发干燥制粉和膨化炭化段专用装备,保障了石墨烯的高效、连续、低能耗和安全生产。
储能优势
完美的石墨烯是一种二维的碳原子晶体,其理论比表面积高达2630m2/g,常温下电子迁移率超过15000cm2/Vs,比纳米碳管或硅晶体高,电阻率只有10-6Ω˙cm,比铜或银更低。同时,石墨烯还拥有开放的表面、优异的载流子传输能力和独特的电荷存储机制,为储能新材料的开发打开了新视野。
举例来讲,超级电容器采用表面储能机制,依靠材料表面与电解液间形成双电层来存储电能,而石墨烯的“开放”结构易与电解液充分接触,可大幅提高原子利用效率。石墨烯层间缝隙可为电解液提供缓冲空间,为离子迁移提供顺畅通道,有望提升器件能量密度。此外,石墨烯面内共轭π电子可为电荷传输提供低阻通道,降低储能器件的内阻,大幅提高其功率密度,实现大电流快速充放电。因此,石墨烯新材料的引入有望突破商业化电容炭的储能极限,通过产业链渗透推动超级电容器领域的技术进步。
氧化还原法所制石墨烯表面和边缘通常含有大量的结构缺陷,如官能团和晶格缺陷等,在电化学储能领域可发挥独特的作用。首先,这些缺陷自身即为电化学储能的活性位点,为超级电容器提供丰富的赝电容,为锂离子提供嵌入位;其次,经进一步表面化学反应,可被非金属杂原子修饰,从而实现其酸碱性调控与电子改性,为电化学储能带来全新的表/界面性能;最后,依托其典型二维碳原子sp2共轭结构和表面缺陷“锚接”作用,石墨烯也可成为纳米氧化物、硅负极颗粒、导电聚合物等电化学活性材料的优质载体,形成石墨烯纳米复合电极。大幅提高储能元件能量和功率密度,并防止活性物质在充放电循环中的团聚或脱落,延长电池使用寿命。
特别声明:北极星转载其他网站内容,出于传递更多信息而非盈利之目的,同时并不代表赞成其观点或证实其描述,内容仅供参考。版权归原作者所有,若有侵权,请联系我们删除。
凡来源注明北极星*网的内容为北极星原创,转载需获授权。
北极星太阳能光伏网获悉,10月12日,大同新成新材料股份有限公司与西北工业大学、西安科技大学合作共建新型光伏材料联合实验室及柔性钙钛矿太阳能电池工艺及设备开发项目签约揭牌仪式举行。大同新成新材料股份有限公司立足企业创新发展,依托产业优势、专业人才和设备优势,与西北工业大学材料学院合作
北极星储能网获悉,8月18日,福建龙岩永定区石墨烯动力(储能)锂离子电池生产项目签约。据悉,该项目总投资18亿,由深圳宁迪新能源有限公司投建,项目年产4GWh动力电池及储能电池,分两期建设。约定一期项目投产后3年内达产,实现年产值8亿元以上、年纳税5000万元以上。
5月11日,镇江500千伏访仙变电站室外5号主变500千伏侧5042开关汇控柜,喷涂了新型纳米陶瓷散热材料,柜体温度半小时内从26.5℃降到了20.8℃。此次采用的纳米远红外陶瓷材料与高品质石墨烯组合“降温服”,可以大幅提升热管理效率,在不需要外部任何能源、不占用额外体积、不增加设备的情况下,以“零能
“目前,单层石墨烯的市场公价是每克近千元,通过我们的特殊提取技术,可以使成本下降至目前的百分之一。”日前,在参观北京旭华时代科技有限公司(以下简称“北京旭华”)研发车间时,该公司董事长崔旭指着玻璃容器内的黑棕色液体向记者如此介绍。该公司曲面石墨烯已量产下线,当前产量达20吨;预计年
近日,工业和信息化部批复组建国家石墨烯创新中心、国家虚拟现实创新中心、国家超高清视频创新中心等3家国家制造业创新中心。国家石墨烯创新中心依托宁波石墨烯创新中心有限公司组建,建设地位于浙江宁波,股东单位充分汇聚了浙江、江苏、广东等14个省份的行业创新力量。国家石墨烯创新中心面向石墨烯
近日,工业和信息化部批复组建国家石墨烯创新中心、国家虚拟现实创新中心、国家超高清视频创新中心等3家国家制造业创新中心。国家石墨烯创新中心依托宁波石墨烯创新中心有限公司组建,建设地位于浙江宁波,股东单位充分汇聚了浙江、江苏、广东等14个省份的行业创新力量。创新中心面向石墨烯产业发展的
由位于柏林的全球能源互联网欧洲研究院(简称欧洲研究院)重点研发的石墨烯改性电工材料新技术此前成功应用于高压断路器新型电触头制备。近日,基于这种新型电触头部件的252KV/63KA敞开式柱上断路器在宁夏石嘴山步桥变电站中正式投入运行。据介绍,这项高端电工材料新技术在世界范围内率先填补了石墨烯改
6月24日由国网联研院、中国电科院、国网宁夏电力、平高集团联合研发的252千伏石墨烯断路器在石嘴山电网220千伏步桥变电站成功挂网运行,标志国内首台基于石墨烯改性电触头的252kV/63kASF6敞开柱式断路器在石嘴山电网正式运行。据了解,新型的石墨烯改性电触头表现出优异的耐磨性、导电性、抗熔焊性和抗
4月25日获悉,中国电力科学研究院有限公司完成新型防腐涂料变压器温升模拟实验。实验数据显示,与传统防腐涂层相比,新型防腐涂料可延长变压器绝缘纸服役寿命,显著提升变压器等输变电设备环保性能,还克服了常规涂料添加高导热填料后防腐蚀性能下降的难题。由于传统防腐涂层热导率远低于外壳金属材料
北极星储能网获悉,1月17日,湖北房县举行2022年招商引资“开门红”签约仪式,14个项目集中签约,其中两个储能生产项目,总投资30.5亿。湖北世润新材料有限公司投资5千万元建设石墨烯项目、湖北钒界新能源有限公司投资30亿元建设钒储能项目、
为了寻求可持续的能源储存,瑞典查尔姆斯理工大学的研究人员提出了一个新的概念,将石墨烯应用到可持续的钠离子电池中,从而让容量比传统钠离子电池增长了十倍。
北极星储能网获悉,据国家知识产权局公告,4月26日,中国石油化工股份有限公司申请一项名为“一种电化学储能设备用冷却液及其制备方法与应用”的专利,申请公布号为CN117925197A,申请日期为2022年10月25日。专利摘要显示,本发明属于冷却液技术领域,具体涉及一种电化学储能设备用冷却液及其制备方法
2024年4月25日,由北极星太阳能光伏网、北极星储能网联合主办的“2024分布式光储创新峰会(江苏站)”在南京隆重召开,会上,中伦律师事务所资深律师王威表示,分布式光伏、储能开发投资中的法律风险主要是三个方面:一是项目合规性,二是房屋合规性,三是其他风险事项。中伦律师事务所资深律师王威在
4月25日,京能集团发布了浑源县100MW光伏发电10储能项目45MW工程EPC工程总承包招标文件招标公告,项目位于山东省大同市,本次招标其中的浑源县100MW光伏发电10储能项目45MW工程EPC工程总承包。浑源县100MW光伏发电10储能项目45MW工程EPC工程总承包招标文件招标公告项目所在地区:山西省大同市一、招标
北极星储能网获悉,据国家电投浙江公司消息,4月25日14时18分,浙江公司宁波公司金田铜业10MW/20MWh综合智慧能源项目全容量投产。该项目位于浙江省宁波市江北区宁波金田铜业(集团)股份有限公司厂区内,每套储能规模为5MW/10MWh,由2台电池舱、2台变流升压舱、1台一次设备舱组成。该项目采用“削峰填
北极星储能网获悉,4月26日,国电南京自动化股份有限公司招标项目工程和林格尔数据中心集群绿色能源供给示范项目磷酸铁锂储能电池系统采购批次评标结果公示发布。项目位于内蒙古和林格尔新区,容量64.8MW/259.2MWh。本标段包含容量64.8MW/259.2MWh的磷酸铁锂电池系统、预制舱/集装箱/电气室内的配套设
北极星储能网获悉,据易事特消息,4月24日,易事特集团与广东鲲鹏环保技术有限公司正式签署战略合作协议。双方将充分发挥各自特色优势,共推风光储充等新能源项目高质量发展。双方具有良好的合作基础,将在提升储能系统技术应用、产品品质及能效管理等方面展开合作,共推“新能源+储能”等新质生产力快
北极星储能网讯,4月26日,协鑫能科发布发布2023年年报及2024年一季度报告。2023年度,公司实现营业收入1014369.36万元,(约为101.43亿元)较上年同期下降7.37%;归属于上市公司股东的净利润90,899.37万元,较上年同期增长32.87%。在储能业务上,2023年度,协鑫能科共完成独立储能备案项目4.5GW/9GWh
4月25日,在北极星太阳能光伏网、北极星储能网联合主办的2024分布式光储创新峰会(江苏站)上,上海聚信海聚新能源科技有限公司解决方案部技术总监闫旭对工商业储能开发流程与运营模式进行了深入的解析。上海聚信海聚新能源科技有限公司解决方案部技术总监闫旭近年来,工商业储能受到了广泛的关注和应
北极星储能网讯,4月26日,天合光能发布2023年年度报告。根据报告显示,报告期内,天合光能实现营业收入1133.92亿元,同比增长33.32%,实现归母净利润55.31亿元,同比增长50.26%。公司电站项目开发和销售取得超预期增长,其中风光储项目指标获取量超6.2GW,储备量8.5GW;分布式业务稳定高速发展,市场
北极星储能网获悉,4月25日,湖南娄底市生态环境局公示冷水江经开区100MW/200MWh储能电站项目环境影响报告。公示显示,冷水江经开区100MW/200MWh储能电站项目新建100MW/200MWh储能站及长铺110kV变电站,100MW/200MWh储能站本期一次建完,长铺110kV变电站分期建设,本期主变压器建设规模为1×50MVA。建
北极星储能网讯,4月26日,电投能源发布《关于阿巴嘎旗电投新能源有限公司增加注册资本及投资建设阿巴嘎旗150MW/300MWh共享式储能电站一期75MW/150MWh项目公告》。根据公告显示,为满足锡盟阿巴嘎旗别力古台50万千瓦风电项目高质量运行,拟由阿巴嘎旗电投新能源有限公司投资建设阿巴嘎旗150MW/300MWh
国内新能源储能器件隔膜开发商「柔创纳科」于近日再次获得数千万元A2轮投资,投资方为中金传化基金。这是公司继2022年底完成金鼎资本数千万元A1轮融资后,不到半年时间内第二次获得知名机构加持。截止本轮融资后,柔创纳科已累计完成五轮融资,融资总额接近壹亿元。本轮融资主要用于超级电容隔膜产能的
据巨湾技研微信公众号消息,2月8日,“巨湾技研储能器件与系统生产基地”主体结构在广州市南沙区正式开工。巨湾技研储能器件与系统总部及生产基地项目位于广州市南沙区南沙大道东涌段东侧,占地面积约18.9万平方米,建筑面积约22.23万平方米,建设内容包含电芯生产车间、电池安全实验车间、试验车间、
北极星储能网获悉,近日,深圳市工业和信息化局发布关于有关项目验收结果公示的通知,用于柔性印刷电子的石墨烯基材料与含储能器件研发、高品质石墨烯和新型二维材料的规模化制备关键技术及其电子与光电器件应用研发、石墨烯基超级电容器电极材料的开发和工程化示范验收合格,石墨烯基复合碳负极材料的
2021年1月18日,今朝时代与深圳清华大学研究院举行了科研合作签约仪式。深圳清华大学研究院常务副院长刘伟强、先进储能材料及器件实验室常务副主任徐永进、新能源与环保技术研究所所长陈建军、先进储能材料及器件实验室副主任王臣,以及今朝时代董事长张俊峰先生、常务副总经理杨国庆先生出席了合作签
主讲嘉宾:苏方远,中国科学院炭材料重点实验室、中国科学院山西煤炭化学研究所副研究员,主要研究领域包括新型电化学储能器件体系及工艺开发、碳材料电化学过程模拟、基于多孔电极理论的储能器件仿真、机器学习在储能器件开发中的应用等。作为负责人及执行负责人完成和主持国家、山西省和国内外企业委
苏方远,中国科学院炭材料重点实验室、中国科学院山西煤炭化学研究所副研究员,主要研究领域包括新型电化学储能器件体系及工艺开发、碳材料电化学过程模拟、基于多孔电极理论的储能器件仿真、机器学习在储能器件开发中的应用等。作为负责人及执行负责人完成和主持国家、山西省和国内外企业委托项目十余
苏方远,中国科学院炭材料重点实验室、中国科学院山西煤炭化学研究所副研究员,主要研究领域包括新型电化学储能器件体系及工艺开发、碳材料电化学过程模拟、基于多孔电极理论的储能器件仿真、机器学习在储能器件开发中的应用等。作为负责人及执行负责人完成和主持国家、山西省和国内外企业委托项目十余
摘要:随着高性能储能装置的快速发展,电化学储能材料要求拥有更高的容量,更高的性能和超长的循环寿命。为了达到这样的要求,需要开发新的电极材料和能量系统。基于石墨炔的材料的研究不但丰富了碳材料的家族成员,在储能领域也显示出巨大的发展潜力。(来源:微信公众号“MaterialsViews”ID:materi
引言:随着可穿戴电子产品市场的不断增长,柔性和可穿戴式储能装置受到越来越多的关注。纤维形状的电池显示出独特的一维结构,具有优越的灵活性、小型化潜力、对变形的适应性和与传统纺织工业的兼容性,特别有利于可穿戴应用。近年来,在纤维形状电池领域的研究前沿,除了具有更高的性能外,多功能化、
微型化与自供电电子系统的快速发展与高度集成化,迫切需要开发电化学微型储能器件,主要包括微型电池和微型超级电容器。其中,平面化微型电池和微型超级电容器因能直接在单一基底上与微电子器件集成,可成为独立的或补充的微电源,引起了广泛关注。近日,中科院大连化物所研究员吴忠帅与中国科学院院士
在各种储能技术中,电化学储能具有更高的效率、更长的循环寿命、更低的成本以及更好的可持续性等优势,已显示出巨大的前景。近来,锂离子电池已成为电化学储能装置的主流,然而由于锂资源稀缺、价格高昂和安全问题,仍需寻找更好的替代品。钠离子电池、钾离子电池和多价电池的研究也正在进行中,但仍然
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
姓名: | |
性别: | |
出生日期: | |
邮箱: | |
所在地区: | |
行业类别: | |
工作经验: | |
学历: | |
公司名称: | |
任职岗位: |
我们将会第一时间为您推送相关内容!