儲能電池在人們的日常通信及綠色出行等領域發揮著日益重要的作用,這就對先進的鋰離子電池與鋰硫電池電極制備技術提出了更高的要求。大量研究成果表明以碳納米管與石墨烯為**的納米碳材料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,可在不同的應用模式下顯著提高儲能電池的容量性能、倍率性能以及循環壽命。與此同時也應認識到在這些材料取得更加***與商業化的應用前還需要解決以下問題:(1)研發低成本與環境友好的高質量材料制備技術。碳納米管與石墨烯的導電能力對其所應用的電極性能有著決定性的影響,因而需要不斷完善與探索新的制備工藝(如氣相沉積法)與化學改性(如元素摻雜)方法。常州第六元素建有自動控制規模化生產線,市場占有率居國內外前列。氧化石墨烯使用方法
相變材料(PCM)通過材料發生物態的變化(如融化、凝固等)來儲存及釋放能量,從而達到熱管理的目的。但是,相變材料在作為熱管理材料使用時有三個主要缺點:本征熱導率低、對光的吸收率低以及形狀穩定性差[6()_62]。因此,通常通過添加導熱填料來改善這些缺點,石墨烯由于具有高本征熱導率、高長徑比而經常被作為制備具有高性能相變復合材料的理想填料。在現階段研究中,石墨烯基相變復合材料在熱管理方向的應用主要分為光-熱轉換材料、熱-電轉換材料、電-熱轉換材料三種。氧化石墨烯使用方法相關實驗結果顯示,氧化石墨烯實際上具有兩親性,從石墨烯薄片邊呈現親水至疏水的性質分布。
利用石墨烯的納米效應,將石墨烯和其他材料制備成復合薄膜也是石墨烯應用到熱管理中的途徑之一。如中科院陳成猛團隊[58]制備出一種柔性的石墨烯-碳纖維復合膜散熱片,結果表明其熱導率達到977W/(m·K),其熱傳遞的效果好于銅。**科大[59]制備出三維的石墨烯-碳納米環薄膜,其熱導率可達946W/(m·K)。浙江大學高超團隊[60]報道了一種快速濕紡組裝(wet-spinningassembly)的方法制備石墨烯薄膜,其熱導率達530~810W/(m·K)。可見,將石墨烯和其他材料制備成復合薄膜,復合薄膜的
溶劑熱法是指在特制的密閉反應器(高壓釜)中,采用有機溶劑作為反應介質,通過將反應體系加熱至臨界溫度(或接近臨界溫度),在反應體系中自身產生高壓而進行材料制備的一種有效方法。溶劑熱法解決了規模化制備石墨烯的問題,同時也帶來了電導率很低的負面影響。為解決由此帶來的不足,研究者將溶劑熱法和氧化還原法相結合制備出了高質量的石墨烯。Dai等發現溶劑熱條件下還原氧化石墨烯制備的石墨烯薄膜電阻小于傳統條件下制備石墨烯。溶劑熱法因高溫高壓封閉體系下可制備高質量石墨烯的特點越來越受科學家的關注。溶劑熱法和其他制備方法的結合將成為石墨烯制備的又一亮點。石墨烯的制備方法還有高溫還原、光照還原、外延晶體生長法、微波法、電弧法、電化學法等。筆者在以上基礎上提出一種機械法制備納米石墨烯微片的新方法,并嘗試宏量生產石墨烯的研究中取得較好的成果。如何綜合運用各種石墨烯制備方法的優勢,取長補短,解決石墨烯的難溶解性和不穩定性的問題,完善結構和電性能等是今后研究的熱點和難點,也為今后石墨烯的制備與合成開辟新的道路。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。
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。氧化石墨易于接枝改性,可與復合材料進行原位復合。氧化石墨烯使用方法
利用氧化石墨烯制備的石墨烯導熱膜,導熱系數高。氧化石墨烯使用方法
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。氧化石墨烯使用方法