Graphene je materiál extrahovaný z grafitu a je složen z čistého uhlíku, což je jeden z nejdůležitějších prvků v přírodě .Prášek oxidu grafenu, jako nový typ materiálu, má velký aplikační potenciál v polích skladování energie, jako jsou lithiové baterie, baterie lithium-silfuru, vzduchové baterie, skladování vodíku a superapacitory . grafen má extrémně vysokou mobilitu elektronů, sílu v tahu a výbornou flexibilitu . může nejen vylepšit energii a sílu lih, a to, že je mateřská flexibilita, ........ { Skladovací kapacita a lepší výkon rychlého nabíjení, ale také pomáhá překonat technologické problémy s pevným rozhraním u baterií v pevném stavu .
1. Struktura a vlastnosti grafenu
Grafen je dvourozměrný nano-materiál složený z atomů uhlíku, představující hexagonální mřížkovou strukturu připomínající voštinu . Délka vazby Graphenu je 0 . 141 nm, a jeho teoretická hustota je přibližně 0 . 77 mg/mg. Tloušťka grafenu je pouze průměrem jediného atomu uhlíku.
Atomy uhlíku se účastní hybridizace způsobem SP², což umožňuje hladce elektrony mezi vrstvami .
Graphene má proto vynikající elektrickou vodivost a v současné době je materiálem s nejnižším známým odporem . Toto je jeden z důvodů, proč má grafen široké vyhlídky v oblasti baterií .
Základní pracovní princip grafenových baterií je podobný principu tradičních lithium-iontových baterií, přičemž hlavní rozdíl leží v používání elektrodových materiálů .
V grafenových bateriích jsou elektrody obvykle vyrobeny z kompozitních materiálů na bázi grafenu, což umožňuje bateriím mít vyšší elektrickou vodivost a rychlejší rychlost přenosu iontů .Vysoká povrchová plocha grafenu poskytuje aktivnější místa, což umožňuje ukládání více poplatků a tím zvyšuje hustotu energie baterie .
Graphene Materials mají vynikající tepelnou vodivost . Teoretická tepelná vodivost v templivitě pokojového teploty může být dosažena 3000-5000 w/(m · k) . Tato vlastnost může být využita ke studiu problému se rozptylem tepla .
Graphenové materiály mají vynikající mechanické vlastnosti a jsou materiálem s extrémně vysokou houževnatostí a pevností . lze použít k vývoji a studiu flexibilních elektrodových materiálů .
2. Výhody grafenu v bateriových aplikacích
2.1 Ultra vysoká elektrická vodivost
Elektronová mobilita grafenu je extrémně vysoká, což umožňuje elektronů rychle se pohybovat v materiálu, čímž výrazně zvyšuje rychlost nabíjení baterie . Podle relevantních dat může rychlost nabíjení grafenových baterií dosáhnout 5 až 10krát vyšší než u tradičních lithiových baterií .
2.2. Vylepšená hustota energie
Atomová struktura grafenu umožňuje větší povrchovou plochu a elektrochemickou aktivitu, která pomáhá bateriím ukládat více energie a zvyšuje celkovou hustotu energie baterie .
2.3. Vylepšená tepelná stabilita
Vynikající tepelná vodivost grafenu pomáhá s tepelnou správou baterií při nabíjení a vybíjení, což může snížit tepelné incidenty a zvýšit bezpečnost baterií .
2.4. Environmentální přívětivost
Grafen může být hromadně vyráběn metodami, jako je depozice chemických par, což je šetrnější k životnímu prostředí ve srovnání s výrobními metodami tradičních bateriových materiálů .
3.Aplikace grafenu v lithium-iontových bateriích
3.1 Graphenový negativní elektrodový materiál
Grafen se přímo používá jako negativní materiál elektrody
Graphene má vynikající elektrickou vodivost, ale tendence její dvourozměrné mikroskopické struktury se snadno staví k neuspokojivému výzkumu nezávislých grafenových elektrodových materiálů . Hlavními projevy jsou špatný výkon baterie a účinnost nízkého cyklu atd. .
Grafen kompozitní negativní elektrodové materiály
At present, the main graphene negative electrode composite materials include: transition metal oxide/graphene composite materials and graphene-modified silicon-based materials, etc. The research direction of this type of composite materials is to utilize the conductive properties and structural characteristics of graphene materials to assist nanomaterials, improve the lithium-ion transmission rate, thereby enhancing the rate performance of lithium-ion batteries and compensating for the Nedostatky a nedostatky surovin .
3.2. agent grafenu
Základní funkcí materiálů vodivých činidel je vytvoření rychlého přenosového kanálu iontů mezi aktivními částicemi elektrod, čímž se zvyšuje rychlost přenosu elektronů . uhlíkové materiály mají výhody nízké hmotnosti, vysokou vodivost, vysokou tepelnou vodivost a dobrá chemická stabilita . V současné době jsou však nejvíce používaným typem {3 { Vodivý grafitový a vodivý uhlíkově černá v uhlíkových materiálech již nemohou splňovat požadavky na trh . Výzkum a vývoj nových vodivých agentů je nezbytný .
- Graphene Monolayer vodivý činidlo
Grafen, jako dvourozměrný nanomateriál, vykazuje vynikající elektrickou vodivost . grafen s velkou specifickou povrchovou plochou je připojeno k povrchu pozitivních elektrodových částic a vzájemně se vzájemně vytvoří obrovskou vysokorychlostní vodivou síť .} To může efektivně zvýšit míru migrace iontů {{.} {
In the case of low-rate charge and discharge batteries, as the amount of graphene added increases, the discharge specific capacity first increases and then decreases. Compared with commercial conductive agents, adding a small amount of graphene can achieve good conductive effect and the battery performance is also improved accordingly. However, when the battery undergoes high-rate charge and discharge, the performance of using graphene alone as a conductive agent is inferior to that of the Konvenční vodivý agent .
- Kompozitní vodivý činidlo s grafen a uhlíkovou černou
Když jsou grafen a uhlíkovou černou kombinovány za vzniku materiálu složeného vodivého činidla, velké množství dvourozměrných grafitových listů je rovnoměrně omotano kolem původní síťové uhlíkové černé struktury . Mezery mezi listy jsou naplněny uhlíkovou černou, sloužící jako struktura rámce .
Prostřednictvím kooperativního vedení je původní dvourozměrné vedení v bodech přeměněno na trojrozměrné vedení v bodech . Současně se vylepšuje problém se stohováním a agregací grafenu a strukturální stabilita a účinnost vedení se zlepšuje .
- Kompozitní přísada na nanotrubici grafenu a uhlíkového nanotrubice
Když jsou nanotrubice grafenu/uhlíku přidány jako vodivé přísady k lithium-iontové baterii, mohou tyto dva tvořit trojrozměrnou vodivou síť na místě .
Carbon nanotubes run through each layer of graphene sheets, transforming the original two-dimensional conducting space into a three-dimensional bridging structure for transmission channels. It provides a faster and smoother electronic conducting path, significantly improving the transmission efficiency of the battery positive electrode and the transmission rate of lithium ions. At the same time, the framework effect of Uhlíkové nanotrubice účinně zvyšují stabilitu struktury grafenu a zabraňují aglomeraci a akumulaci .
4.Modifikace rozhraní baterií s pevným stavem
V současné době došlo k významnému pokroku ve výzkumu solidních elektrolytů s vysokou vodivostí . Vlastnosti smáčení na pevném rozhraní vytvořeném s elektrodami jsou však špatné, což nepříznivě ovlivňuje odpor rozhraní, chemickou kompatibilitu a rozhraní .}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} {
V oblasti negativního elektrodového rozhraní může trojrozměrný grafenový rámec, laminované destičky a duté koule inhibovat tvorbu dendritů lithia a rozšíření objemu elektrody během nabíjení .
V oblasti pozitivního elektrodového rozhraní je grafen kombinován s elektrodovým materiálem a elektrolytem pro zlepšení přenosu náboje . Kromě toho grafen působí jako vrstva vyrovnávací paměti, zvyšuje kompatibilitu rozhraní a tím zlepšuje celkový výkon baterie .
Acey inteligentníis specialized in researching and manufacturing of high-end equipment for lithium-ion batteries. We can not only provide one-stop solution for lithium ion battery production line for cylindrical battery, coin cell, pouch cell, but also provide one-stop solution for lithium battery pack assembly line, if you are new in lithium ion battery industry, and want to build your own lithium ion battery production line or lithium ion battery pack Montážní linka, můžeme vám poskytnout profesionální technickou podporu a pokyny, neváhejte nás kontaktovat!