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【前瞻】石墨烯在化学储能中的研究及应用进展(图)(10)

北极星智能电网在线  来源:能源情报  作者:黄澍 等  2015/12/23 10:31:54  我要投稿  

Sun等把石墨纳米片作为阴极催化剂加入锂-空气电池中,发现这种电极比伏尔甘XC-72碳材料拥有更好的循环性能和更低的过电位。Zhang等制备一种石墨烯泡沫作为锂-空气电池的空气电极。

首先通过电化学法由石墨纸得到表面缺陷的石墨烯泡沫,然后在惰性气氛中退火以修复石墨烯泡沫结构的表面缺陷。这种石墨烯泡沫由1~10μm宽、1~2nm厚的巨大超薄石墨烯片层3D堆叠组成。测试其在锂-空气电池中20圈后循环效率能达到80%,放电电压稳定在2.8V。

Xiao等制备的分层次多孔石墨烯,利用其独特的多孔结构,提高了电极中O2扩散,从而获得15000mA˙h/g的优良性能。为了探讨石墨烯在锂-空气电池中的作用机理,Yoo等分别将石墨烯纳米片和热处理后的石墨烯纳米片用于锂-空气电池中的电极,发现热处理后的石墨烯展现出更稳定的循环性能。分析其原因可能是由于热处理后石墨烯表面的结晶化造成sp3/sp2比例的降低,减少了石墨烯的缺陷,或是由于热处理去除了石墨烯表面的官能团从而阻止了其在放电过程中被氧原子氧化。

随着储能领域的发展(如电动汽车和智能电网),锂-空气电池以其巨大的潜力被认为是下一代新电池技术,我们需要深入探索石墨烯在锂-空气电池中的应用及其作用机制,进一步提高锂-空气电池的效率和循环性能,推动其实用化。

6、结语

新型储能材料的研究和开发是发展高效储能技术的关键。石墨烯是以sp2杂化为基元结构的真正表面性固体碳质材料,具有优异的储能性质,展现出良好的应用前景。

目前,石墨烯的应用可以分为两类:石墨烯的直接应用和石墨烯复合材料的应用,有关石墨烯基储能材料的研究尚待深入。现阶段,有关石墨烯储能材料的研究重点将集中在以下几个方面。

(1)探索操作简单、产量较高和成本低廉的高质量石墨烯制备方法,并实现对石墨烯的可控制备。

(2)研究石墨烯的尺寸、结构、缺陷以及孔径等对(电)化学性能的影响。通过对石墨烯进行有效地掺杂和化学修饰功能化,优化与其它类型的电极材料的复合,进一步提高石墨烯基电极材料的性能。

(3)在对石墨烯材料一系列重要物性进行研究的基础上,设计和开发新构型、新理念的高性能石墨烯基储能元件。

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