當今社會日益增長的能源與環境需求對儲能電池技術的發展既是機遇也是嚴峻的挑戰。納米碳材料如碳納米管與石墨烯因其優異的導電能力、良好的機械性能以及獨特的形貌與結構特征在儲能電池技術領域中的應用越來越普遍。本文通過綜述近年來碳納米管與石墨烯分別作為鋰離子電池的復合電極材料、負極活性材料、導電添加劑以及新型鋰硫電池用復合導電載體的***應用進展,重點討論了這兩類納米碳材料的不同應用模式對儲能電池容量性能、倍率性能以及循環壽命的影響。同時對目前研究中存在的問題進行了總結,并對未來發展方向,如開發低成本與環境友好的高質量材料合成技術、提升材料的分散能力以有效構筑復合電極結構以及開發新的應用模式等進行了展望。氧化石墨烯懸浮液可以用于鋰電池負極改性。新型氧化石墨烯納米材料
氧化石墨烯的主要應用:1、石墨烯可以做成化學傳感器,這個過程主要是通過石墨烯的表面吸附性能來完成的,根據部分學者的研究可知,石墨烯化學探測器的靈敏度可以與單分子檢測的極限相比擬。石墨烯獨特的二維結構使它對周圍的環境非常敏感。石墨烯是電化學生物傳感器的理想材料,石墨烯制成的傳感器在醫學上檢測多巴胺、葡萄糖等具有良好的靈敏性。2、石墨烯可以用來制作晶體管,由于石墨烯結構的高度穩定性,這種晶體管在接近單個原子的尺度上依然能穩定大氏地工作。相比之下,目前以硅為材料的晶體管在10納米左右的尺度上就會失去穩定性;石墨烯中電子對外場的反應速度超快這一特點,又使得由它制成的晶體管可以達到極高的工作頻率。黑龍江氧化石墨烯售價石墨烯適用于鋰離子電池正負極材料導電添加劑,可有效提高電池能量,改善循環壽命和倍率性能。
材料應用范圍很廣。氧化石墨烯是一種性能優異的新型碳材料,具有較高的比表面積和表面豐富的官能團。氧化石墨烯復合材料包括聚合物類復合材料以及無機物類復合材料更是具有廣泛的應用領域,因此氧化石墨烯的表面改性成為另一個研究重點。石墨烯通常可由氧化石墨烯還原得到,其主要的制備方法有機械剝離法、化學還原法、溶劑熱還原法、光催化還原法、化學氣相沉積法等。其中,化學還原法由于具有成本低、工藝簡單易控等特點而備受科研工作者的推崇。目前,用于制備還原氧化石墨烯或石墨烯的化學還原劑主要有鈉與硼氫化鈉混合液、硼氫化鈉和硫酸混合液、氫碘酸、氫碘酸與乙酸混合液,鈉-氨,對苯二酚,維生素C-氨基酸,L-對抗壞血酸,鋅粉,鋁粉,鐵,堿,水合肼,二甲基肼,硫化氫以及氫化鈉等。然而,在利用這些還原劑的過程中,高溫、大量有機溶劑以及有毒藥品的使用限制了大規模生產還原氧化石墨烯。因此,開發一種簡單易行、反應條件溫和、生產成本低、環境友好型的還原氧化石墨烯的方法是十分必要的。
隨著科技的快速發展,熱管理系統越來越多地應用于現代工業、電子設備等多個領域,在熱能的分散、轉換與存儲過程中發揮著重要作用。其中,熱管理材料是熱管理系統的**,因此,設計和制備具有高熱導率的新型熱管理材料成為了促進科技發展的關鍵問題之一。在眾多導熱材料中,石墨烯由于具有髙達5300Wnr11C1的本征熱導率、優異.的機械性能而受到人們的***關注,被認為是新型熱管理材料的理想選擇。在之前的研究中,石墨烯片在復合材料中往往呈無規分散的狀態,體系內熱阻較大,從而導致復合材料的熱導率處于較低水平。預先構筑石墨烯三維結構能夠有效降低界面熱阻及接觸熱阻,但是距離理論值仍有較大差距。為了進一步解決存在的問題,本課題主要通過冷凍鑄造法來構筑有序排列的***石墨烯三維網絡結構,并制備相應的相變儲能材料和散熱材料石墨烯的結構非常穩定,碳碳鍵(carbon-carbon bond)為1.42。
除了可以將太陽能轉換為熱能存儲之外,石墨烯相變材料也可以將電能轉換為熱能存儲。Wang[65]等人通過冰模板法制備了石墨烯納米片(GNP)氣凝膠,然后與石蠟復合得到相變復合材料,具有高導熱性、較好的形狀穩定性和熱穩定性,當GNP含量為4.1wt%時熱導率可達到1.42Wm-11C1。此外,當電壓為5V時,流經樣品的電流約為1.18A,此時溫度迅速升高,證實了其出色的電熱轉換能力。Li[66】等人將氣相擴散法和溶膠-凝膠法相結合,通過超臨界C02干燥和熱退火過程,制備了具有各向異性網絡的三維石墨烯氣凝膠,導熱率和導電率分別高達1.71士0.2Wnr11C1和341.3Snr1。其相變復合材料在施加1?3V的電壓時,電-熱轉換效率比較高可以達到85%。這項工作能夠為開發智能的電-熱轉換及存儲系統提供理論基礎,并證明了石墨烯相變復合材料在電子設備、太陽能存儲利用、熱管理系統等領域具備的潛力。氧化石墨烯分散液可與復合材料進行原位復配,從而賦予復合材料導電、導熱、增強、阻燃、抑菌等性能。官能化氧化石墨烯銷售廠
石墨烯環氧樹脂應用于重防腐涂料、導電涂料、粉末涂料以及膠粉劑等領域。新型氧化石墨烯納米材料
氧化石墨烯的研究熱潮也吸引了國內外材料植被研究的興趣,石墨烯材料的制備方法已報道的有:機械剝離法、化學氧化法、晶體外延生長法、化學氣相沉積法、有機合成法和碳納米管剝離法等。1、微機械剝離法2004年,Geim等***用微機械剝離法,成功地從高定向熱裂解石墨上剝離并觀測到單層石墨烯。Geim研究組利用這一方法成功制備了準二維石墨烯并觀測到其形貌,揭示了石墨烯二維晶體結構存在的原因。微機械剝離法可以制備出高質量石墨烯,但存在產率低和成本高的不足,不滿足工業化和規模化生產要求,目前只能作為實驗室小規模制備。2、化學氣相沉積法化學氣相沉積法(ChemicalVaporDeposition,CVD)***在規模化制備石墨烯的問題方面有了新的突破。CVD法是指反應物質在氣態條件下發生化學反應,生成固態物質沉積在加熱的固態基體表面,進而制得固體材料的工藝技術。麻省理工學院的Kong等、韓國成均館大學的Hong等和普渡大學的Chen等在利用CVD法制備石墨烯。他們使用的是一種以鎳為基片的管狀簡易沉積爐,通入含碳氣體,如:碳氫化合物,它在高溫下分解成碳原子沉積在鎳的表面,形成石墨烯,通過輕微的化學刻蝕,使石墨烯薄膜和鎳片分離得到石墨烯薄膜。新型氧化石墨烯納米材料