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石墨烯离子器原理?

归档日期:08-02       文本归类:化学电池      文章编辑:爱尚语录

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  展开全部绿色”的能量储运体系已成为当前能源领域的关注热点,锂电作为其中重要的一个分支,其性能的提升是科研工作者关注的重点。随着研究的不断发展,高性能锂电电极材料层出不穷。实际应用中,所制备材料性能无法完全发挥是制约其实现高能量密度、高功率密度的关键。石墨烯的高导电性、高导热性、高比表面积、等诸多优良特性,一定程度上对解决该问题有着非常重要的理论和工程价值。石墨烯在用作锂离子电池正负极材料方面具有以下优势:

  1) 石墨烯具有超大的比表面积(2630 m2/g),可降低电池极化,从而减少因极化造成的能量损失。

  2) 石墨烯具有优良的导电和导热特性,即具备良好的电子传输通道和稳定性。

  3) 石墨烯片层的尺度在微纳米量级,远小于体相石墨的,这使得Li+在石墨烯片层之间的扩散路径缩短;片层间距的增大也有利于Li+的扩散传输,有利于锂离子电池功率性能的提高。

  石墨烯直接储锂的优点:1) 高比容量:锂离子在石墨烯中具有非化学计量比的嵌入脱嵌,比容量可达700~2000 mAh/g;2) 高充放电速率:多层石墨烯材料的层间距离要明显大于石墨的层间距,更有利于锂离子的快速嵌入和脱嵌。大多研究也表明,石墨烯负极的容量有540 mA·h/g左右,但由于其表面大量的含氧基团充放电过程中分解或与Li+发生反应造成电池容量的衰减,其倍率性能也受到较大影响。

  杂原子的掺杂带来的缺陷会改变石墨烯负极材料的表面形貌,进而改善电极-电解液之间的润湿性,缩短电极内部电子传递的距离,提高Li+在电极材料中的扩散传递速度,从而提高电极材料的导电性和热稳定性。例如掺杂的N、B原子可使石墨烯的结构发生形变(图1),在50 mA/g倍率下充放电,容量为1540 mAh/g,且掺杂N、B 后的石墨烯材料可以在较短的时间内进行快速充放电,在快速充放电倍率为25A/g下,电池充满时间为30s[2]。

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