Grafen je materijal izvađen iz grafita i sastoji se od čistog ugljika, koji je jedan od najvažnijih elemenata u prirodi .Grafenski oksidni prah, kao nova vrsta materijala, ima veliki potencijal primjene u poljima za skladištenje energije kao što su litijeve baterije, litij-sumporne baterije, zračne baterije, skladištenja vodika i superkapacitora . grafen posjeduje izuzetno visoku elektronsku mobilnost, posebnu površinu, a ne samo fleksibilnost {{2}. Kapacitet i bolje performanse brzog punjenja, ali također pomažu u prevladavanju tehnoloških problema s čvrstim sučeljem u čvrstim stalnim baterijama .
1. struktura i svojstva grafena
Grafen je dvodimenzionalni nano-materijal sastavljen od ugljikovih atoma, koji predstavlja šesterokutnu strukturu rešetke koja nalikuje saću . Duljina CC veze grafena je 0 . 141 nm, a njegova teorijska gustoća približno 0 {{7} 77. Debljina grafena samo je promjer jednog ugljičnog atoma.
Atomi ugljika sudjeluju u hibridizaciji na SP², omogućujući elektronima da se nesmetano provode između slojeva .
Stoga grafen ima izvrsnu električnu vodljivost i trenutno je materijal s najnižim poznatim otporom ., ovo je jedan od razloga zašto grafen ima široke izglede u polju baterija .
Osnovni princip rada grafenskih baterija sličan je onom tradicionalnih litij-ionskih baterija, pri čemu glavna razlika leži u korištenju materijala za elektrode .
U baterijama grafena, elektrode su obično izrađene od kompozitnih materijala na bazi grafena, koji omogućavaju baterijama da imaju veću električnu vodljivost i bržu brzinu prijenosa iona .Visoka površina grafena pruža aktivnija mjesta, omogućujući skladištenje više naboja i na taj način povećavajući gustoću energije baterije .
Grafenski materijali posjeduju izvrsnu toplinsku vodljivost . Teoretska toplinska vodljivost sobne temperature jednoslojnog materijala može doseći 3000-5000 w/(m · k) . Ovo svojstvo se može iskoristiti za proučavanje problema s disipacijom topline {{5}
Materijali grafena imaju izvrsna mehanička svojstva i materijal su s izuzetno velikom žilavošću i čvrstoćom ., oni se mogu koristiti za razvoj i proučavanje fleksibilnih materijala za elektrode .
2. Prednosti grafena u aplikacijama za baterije
2.1 Ultra-visoka električna vodljivost
Mobilnost elektrona grafena izuzetno je visoka, omogućavajući da se elektroni brzo kreću unutar materijala, čime se značajno povećava brzina punjenja baterije . Prema relevantnim podacima, brzina punjenja grafenskih baterija može doseći 5 do 10 puta veću od tradicionalnih litijskih baterija .
2.2. Pojačana gustoća energije
Atomska struktura grafena omogućava veću površinu i elektrokemijsku aktivnost, što pomaže baterijama pohranu više energije i povećava ukupnu gustoću energije baterije .
2.3. Poboljšana toplinska stabilnost
Izvrsna toplinska vodljivost grafena pomaže u toplinskom upravljanju baterijama tijekom punjenja i pražnjenja, što može smanjiti toplinske incidente i poboljšati sigurnost baterija .
2.4. prijateljska ekološka
Grafen se može masovno proizvoditi metodama kao što je taloženje kemijskog pare, što je ekološki prihvatljivije u usporedbi s metodama proizvodnje tradicionalnih materijala za baterije .
3.Primjena grafena u litij-ionskim baterijama
3.1 grafen negativni elektrodni materijal
Grafen se izravno koristi kao materijal negativnog elektroda
Grafen ima izvrsnu električnu vodljivost, ali njegova dvodimenzionalna sklonost mikroskopskoj strukturi da se lako slaže dovodi do nezadovoljavajućih istraživanja neovisnih materijala za grafen elektrode . Glavne manifestacije su loša performanse brzine baterije i niske učinkovitosti ciklusa, itd. .}
Grafenski kompozitni materijali s negativnim elektrodama
Trenutno, glavni grafenski negativni elektroda Kompozitni materijali uključuju: kompozitni materijali prijelaznog metala/grafen i materijali koji se temelje na silicijumu, modificirani grafen, itd. . Smjer istraživanja ove vrste kompozitnih materijala je korištenje vodljivih svojstava i strukturnih karakteristika da bi se povećala nanomaterija, poboljšavaju litske litske Nadoknada nedostataka i nedostataka sirovina .
3.2. grafenski provodljivi agent
Osnovna funkcija vodljivih agensa je uspostavljanje brzog kanala za prijenos iona između aktivnih čestica elektroda, povećavajući tako brzinu prijenosa elektrona . materijali na bazi karbona imaju prednosti lagane težine, visoke vodljivosti, visoku toplinsku stabilnost {} {}}, oni su najvažnije najvažnije. Vodivi grafit i vodljiva ugljična crna u materijalima na bazi ugljika više ne mogu udovoljiti tržišnim zahtjevima . Istraživanje i razvoj novih provodljivih sredstava je imperativ .
- Grafenski mono -slojevi provodljivo sredstvo
Grafen, kao dvodimenzionalni nanomaterijal, pokazuje izvrsnu električnu vodljivost . grafen s velikom specifičnom površinom pričvršćen je na površinu pozitivnih čestica elektroda i međusobno međusobno formiranje ogromne provodljive mreže ..
U slučaju baterija s niskim stopama naboja i ispuštanja, kako se povećava količina dodanog grafena, kapacitet specifičnog za ispuštanje prvo se povećava, a zatim se smanjuje . u usporedbi s komercijalnim provodnim agensima, dodavanje male količine grafena može postići dobar provodljivi učinak, a performanse baterije također su u skladu s naplatom, međutim, kada je baterija, međutim, kada se baterija, međutim, baterija, međutim, baterija, međutim, baterija u skladu s tim, a baterija, a baterija, a baterija, a baterija Inferiorni od onog konvencionalnog provodljivog agenta .
- Grafen i ugljično crno kompozitno provodljivo sredstvo
Kad se grafen i ugljična crna kombiniraju tako da tvore složeni provodljivi agens, veliki broj dvodimenzionalnih grafitnih listova jednoliko je omotan oko originalne mrežne crne strukture ugljika ., praznine između listova ispunjene su ugljikom, a služe kao okvirna struktura .
Kroz kooperativno provodljivo, izvorno dvodimenzionalno provođenje na točkama transformira se u trodimenzionalno provodljivo na točkama . Istodobno se rješava problem slaganja i združivanja grafena, a poboljšana su strukturna stabilnost i učinkovitost provodljivosti .
- Grafen i ugljikov nanocjevčica kompozitni provodljivi aditiv
Kada se dodaju grafen/ugljikove nanocjevčice kao vodljivi aditivi u materijale litij-ionske baterije, njih dvoje mogu formirati trodimenzionalnu mrežu provodljivih web mjesta .
Ugljične nanotube prolaze kroz svaki sloj grafenskih listova, pretvarajući izvorni dvodimenzionalni prostor koji se vodi u trodimenzionalnu strukturu premošćivanja za prijenosne kanale . Omogućuje brže i gladog elektroničkog puta, značajno poboljšava učinkovitost prijenosa i prijenosa LITHIUM LITHIUM-a i prijenosa prijenosa i prijenosa prijenosa i prijenos Nanotube učinkovito poboljšavaju stabilnost grafenske strukture, sprječavajući aglomeraciju i akumulaciju .
4.Modifikacija sučelja od čvrstog stanja baterija
Trenutno je postignut značajan napredak u istraživanju čvrstih elektrolita visoke provodljivosti ., međutim, svojstva vlaženja na sučelju čvrsto-solida formiranim s elektrodama su loša, što negativno utječe na otpornost na sučelje, kemijsku kompatibilnost i stabilnost sučelja.
U regiji sučelja negativnog elektroda, trodimenzionalni grafenski okvir, laminirane ploče i šuplje sfere mogu inhibirati stvaranje litijevih dendrita i širenje volumena elektrode tijekom punjenja .
U regiji sučelja s pozitivnim elektrodom, grafen se kombinira s materijalom elektroda i elektrolitom radi poboljšanja prijenosa naboja ., grafen djeluje kao sloj međuspremnika, poboljšavajući kompatibilnost sučelja i na taj način poboljšava ukupne performanse baterije .
Acey inteligentnais 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 assembly Linija, možemo vam pružiti profesionalnu tehničku podršku i smjernice, slobodno nas kontaktirajte!