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。常州第六元素擁有石墨烯微片的缺陷修復/比表面可控技術。氧化石墨烯膜
石墨烯是碳材料家族的新成員,它是由碳原子以sp2雜化軌道組成的只具有一個原子層厚度的單層片狀結構材料。同碳納米管一樣,石墨烯也以其諸多優點而被廣泛的應用于儲能電池領域:(1)石墨烯具有極高的比表面積,其理論值高達2600m2/g[16],這使得石墨烯基復合電極有著很好的電解液相容性;(2)石墨烯的電導率遠超其他碳材料,以石墨烯為導電結構的復合電極材料可以發揮優異的倍率性能;(3)石墨烯衍生物如氧化石墨烯(GO)與還原氧化石墨烯(RGO)上含有的大量官能團與缺陷位可以作為多種金屬及金屬氧化物納米粒子的生長位點。這種由石墨烯矩陣組成的復合結構可以有效的抑制納米電極材料在充放電過程中的團聚現象及電極巨大的體積變化,從而增強電極材料的容量保持率與循環穩定性。化工氧化石墨烯納米材料氧化石墨烯的精確結構還無法得到確定。
真空抽濾法是一種制備石墨烯薄膜的**常見方法。由于氧化石墨烯的片層含有大量羧基、羰基等親水性含氧官能團,并且片層間具有靜電相互作用不容易團聚,因此在不借助分散劑的情況下也能在水溶液中分散均勻,從而形成穩定的分散液,非常有利于真空抽濾過程中片層的緊密排列[43,44]。Liu[45】等人采用真空抽濾法制備了具有有序排列結構和高密度的GO/PDA復合膜。在GO/PDA復合膜中,GO的含氧官能團與PDA的胺基之間存在氫鍵相互作用,并且PDA對GO具有還原的作用。在經過3000°C高溫處理之后,PDA被轉化為具有***石墨晶體結構的CPDA納米顆粒(CPDANPs),對石墨烯片層起到了增強的作用,從而使復合膜的拉伸強度、電導率和熱導率
在聲學領域,利用石墨烯材料極低的質量密度、極薄的厚度以及極高的機械強度的優異特性,其可作為振膜應用于發聲器件中,可獲得優異的頻譜特性。第六元素研發的石墨烯振膜,經過客戶測試,該石墨烯發聲器件具有非常好的頻譜特性,保真度高。溶劑剝離法的原理是將少量的石墨分散于溶劑中,形成低濃度的分散液,利用超聲波的作用破壞石墨層間的范德華力,此時溶劑可以插入石墨層間,進行層層剝離,制備出石墨烯。此方法不會像氧化-還原法那樣破壞石墨烯的結構,可以制備高質量的石墨烯。在氮甲基吡咯烷酮中石墨烯的產率比較高(大約為8%),電導率為6500S/m。研究發現高定向熱裂解石墨、熱膨脹石墨和微晶人造石墨適合用于溶劑剝離法制備石墨烯。溶劑剝離法可以制備高質量的石墨烯,整個液相剝離的過程沒有在石墨烯的表面引入任何缺陷,為其在微電子學、多功能復合材料等領域的應用提供了廣闊的應用前景。缺點是產率很低。常州第六元素氧化石墨(烯)產能達到1400噸/年,石墨烯粉產能達到100噸/年。
化學氣十日沉干jI法制備三維石烯的j制箭烯卡¨似,以甲烷為碳源.氧氣和氬氣為輔助怵,泡沫過渡金屬底l-2h:積基形狀類似的泡沫狀烯,利川劃蝕液將冷卻后帶底的f器烯泡沫中的坫劃腳ifb:.從mj火僻九支撐構架的j維石烯泡沫。(、h{21]等利ff】化學氣相沉I法分)j』J平f1l曲泡沫鎳底f:.制舒r具有三維連通絡納fjlJ的鞋烯泡沫材料。研究發現.石墨烯泡沫完整地制色!淋J的納構.以尢縫連接的力‘式卡勾成r全連通的體.仃低J奠、大扎隙率、高比表面積和優異的電荷他能力等特點。Wu等利用該方法也成功制備J,氮摻雜維r烯泡沫..此外.利用這種方法還能獲得各種具有優砰特性的維r烯泡沫。。Iiu等以泡沫Ni為呔.通過化學卡¨fjl成功制備rJfj于*胚抗原檢測的大孔維烯泡沫。氧化石墨烯(graphene oxide )是石墨烯的氧化物。化工氧化石墨烯納米材料
氧化石墨烯是第六元素的產品之一。氧化石墨烯膜
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氧化石墨烯膜