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石墨烯在储能领域应用现状及挑战(4)

北极星储能网  来源:烯碳资讯    2016/10/21 9:12:18  我要投稿  

石墨烯储能材料的另一关键应用是超级电容器,这主要由于其具有巨大的、离子可进入的比表面积、以及良好的电荷传输性质。


与锂电池不同,超级电容器是以活性材料表面吸附电荷或通过表面氧化还原反应来储存能量的。考虑到单层石墨烯两个表面都可以用来储存电荷,因此有550法/ 克的理论容量。然而,一个值得注意的问题是石墨烯通常有非常低的堆积密度(0.05-0.75g/cm3),这使得它在制备高功率或高能量密度超级电容器时遇到挑战,以至许多石墨烯超级电容器虽然有较高的重量比容量(>200法/克) , 但却表现出一般的体积比容量( 约18F/cm3) 。

通过在电解质存在下的简单过滤操作,就可以调节石墨烯层间的电解质含量,堆积密度也能在一定程度上得到控制。这样的石墨烯超级电容可以获得比传统电容器高一个数量级的功率密度以及接近铅酸电池的能量密度。

具有高比表面积的石墨烯为发展高性能超级电容器提供了极好的途径,并且当将具有高导电性、高比表面积的石墨烯与各种赝电容活性物质相结合时, 则有望实现更高容量的超级电容器, 尤其是当这种活性质能够和石墨烯制备过程相结合时,将大大简化储能设备的工艺流程和生产成本。

最近提出的水相剥离技术为这一思想提供了验证。利用剥离过程中原位形成的氧化锰以及发展的沉淀自组织技术,含石墨烯的赝电容超级电容器实现高达1100法/ 克的重量比容量。相信这些结果可为后续石墨稀储能材料的发展提供一个新思路。

小烯评论

石墨烯的规模化制备已经基本解决,但如何建立起关键领域的推广应用仍是问题。目前石墨烯的情形与当初金属铝和半导体硅的发现有类似之处,后两种材料已经为人类在航空航天和信息技术等诸多领域带来了巨大进步。石墨席的独特性质也有望为人类提供许多革新甚至革命性的技术进步,问题是如何利用好它。 

延伸阅读:

石墨烯产业尚待冷静发力 高质量石墨烯仍稀缺

原标题:石墨烯在储能领域应用现状及挑战

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