石墨烯电池是什么？其应用前景如何？

姓名：王飞宇  16160111036

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【嵌牛导读】：科技的不断发展人们对新材料的探索也从未止步，比如石墨烯材料，人们对石墨烯电池的研究也是每天都在进步着。什么是石墨烯电池呢？它有何应用前景呢？本文将一一揭晓。

【嵌牛鼻子】：石墨烯电池的原理，石墨烯电池的应用，石墨烯电池的发展前景，石墨烯电池的最新进展。

【嵌牛提问】：石墨烯电池的发展前景如何？能否被人们公认，并广泛使用？

【嵌牛正文】：随着人们对石墨烯电池得深入研究，越来越多的人关注石墨烯电池。石墨烯电池是什么？它对我们有什么利用价值呢？

1.石墨烯电池的原理。石墨烯电池是利用锂离子在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性，开发出的一种新能源电池。石墨烯电池在饱和氯化铜溶液中，时间(小时、天数)和产生电压的关系。

石墨烯电池利用环境热量自行充电的试验。实验制成电路其中包含LED，用电线连接到带状石墨烯。他们只是把石墨烯放在氯化铜(copper chloride)溶液中，进行观察。LED灯亮了。实际上，他们需要6个石墨烯电路，形成串联，这样就可产生所需的2V，使LED灯发亮。

这里发生的情况就是铜离子具有双重正电荷，穿过溶液的速度约每秒300米，因为溶液在室温下的热能量。当离子猛烈撞入石墨烯带时，碰撞会产生足够的能量，使不在原位的电子离开石墨烯。电子有两种选择：可以离开石墨烯带，和铜离子结合，也可以穿过石墨烯，进入电路。原来，流动的电子在石墨烯中更快，超过它穿过溶液的速度，所以电子自然会选择路径，穿过电路。正是这一点点亮了LED灯，释放的电子更倾向于穿过石墨烯表面，而不是进入电解液。设备就是这样产生电压的。

因此，这个装置产生的能量来自周围环境的热量。他们可以提高电流，只需加热溶液，也可用超声波加快铜离子。只依靠周围热量，就可以使他们的石墨烯电池持续运行20天。但是，还有一个重要的问号。另一个假设是某种化学反应产生电流，就像普通的电池。

然而，他们排除了这一点，因为进行了几组控制实验。然而，这些是在一些补充材料中介绍的，他们似乎并没有放在arXiv网站上。他们需要赶在别人做出严肃声明之前公开。从表面价值来看，这看起来是一项非常重要的成果。其他人也在石墨烯中产生过电流，但只是让水流过它，所以这并不真的使人吃惊，移动的离子也可以产生这样的效果。这预示着清洁的绿色电池，只依靠环境热量驱动。徐子涵和同事说：“这代表着一个巨大的突破，研究的是自驱动技术

2.石墨烯电池的应用。随着批量化生产以及大尺寸等难题的逐步突破，石墨烯的产业化应用步伐正在加快，基于目前已有的研究成果，最先实现商业化应用的领域可能会是移动设备、航空航天、新能源电池领域。消费电子展上可弯曲屏幕备受瞩目，成为未来移动设备显示屏的发展趋势。柔性显示未来市场广阔，作为基础材料的石墨烯前景也被看好。有数据显示2013年全球对手机触摸屏的需求量大概在9.65亿片。到2015年，平板电脑对大尺寸触摸屏的需求也将达到2.3亿片，为石墨烯的应用提供了广阔的市场。韩国三星公司的研究人员也已制造出由多层石墨烯等材料组成的透明可弯曲显示屏，相信大规模商用指日可待。

另一方面，新能源电池也是石墨烯最早商用的一大重要领域。之前美国麻省理工学院已成功研制出表面附有石墨烯纳米图层的柔性光伏电池板，可极大降低制造透明可变形太阳能电池的成本，这种电池有可能在夜视镜、相机等小型数码设备中应用。另外，石墨烯超级电池的成功研发，也解决了新能源汽车电池的容量不足以及充电时间长的问题，极大加速了新能源电池产业的发展。这一系列的研究成果为石墨烯在新能源电池行业的应用铺就了道路。

由于高导电性、高强度、超轻薄等特性，石墨烯在航天军工领域的应用优势也是极为突出的。前不久美国NASA开发出应用于航天领域的石墨烯传感器，就能很好的对地球高空大气层的微量元素、航天器上的结构性缺陷等进行检测。而石墨烯在超轻型飞机材料等潜在应用上也将发挥更重要的作用。

3.石墨烯电池的发展前景。锂离子电池于1991年首次商业化，并一直是电子设备的标准。然而，许多人认为技术达到了限制，正在寻找替代来源。三星的Galaxy Note 7由于锂离子电池故障而引发火灾。石墨烯具有高导电性和耐用性，科学家正在研究各种应用的方法。今年4月份，韩国的一个研究小组在今年4月份用这种材料制作了OLED显示器。研究机构也在开发用于三星旗舰级QLED电视的无镉量子点材料。新型石墨烯电池实验阶段的成功，无疑将成为电池产业的一个新的发展点。电池技术是电动汽车大力推广和发展的最大门槛，而目前的电池产业正处于铅酸电池和传统锂电池发展均遇瓶颈的阶段，石墨烯储能设备的研制成功后，若能批量生产，则将为电池产业乃至电动车产业带来新的变革。由于其独有的特性，石墨烯被称为“神奇材料”，科学家甚至预言其将“彻底改变21世纪”。曼彻斯特大学副校长Colin Bailey教授称：“石墨烯有可能彻底改变数量庞大的各种应用，从智能手机和超高速宽带到药物输送和计算机芯片。”

最近美国加州大学洛杉矶分校的研究人员就开发出一种以石墨烯为基础的微型超级电容器，该电容器不仅外形小巧，而且充电速度为普通电池的1000倍，可以在数秒内为手机甚至汽车充电，同时微型石墨烯超级电容技术突破可以说是给电池带来了革命性发展。目前主要制造微型电容器的方法是平板印刷技术，需要投入大量的人力和成本，阻碍了产品的商业应用。而现在只需要常见的DVD刻录机，甚至是在家里，利用廉价材料30分钟就可以在一个光盘上制造100多个微型石墨烯超级电容。正是看到了石墨烯的应用前景，许多国家纷纷建立石墨烯相关技术研发中心，尝试使用石墨烯商业化，进而在工业、技术和电子相关领域获得潜在的应用专利。欧盟委员会将石墨烯作为“未来新兴旗舰技术项目”，设立专项研发计划，未来10年内拨出10亿欧元经费。英国政府也投资建立国家石墨烯研究所(NGI)，力图使这种材料在未来几十年里可以从实验室进入生产线和市场。中国在石墨烯研究上也具有独特的优势，从生产角度看，作为石墨烯生产原料的石墨，在我国储能丰富，价格低廉。另外，批量化生产和大尺寸生产是阻碍石墨烯大规模商用的最主要因素。利用化学气相沉积法成功制造出了国内首片15英寸的单层石墨烯，并成功地将石墨烯透明电极应用于电阻触摸屏上，制备出了7英寸石墨烯触摸屏。

4.石墨烯电池的最新进展。TechWeb.com.cn2017-11-27 14:13:45

【TechWeb报道】11月27日消息，据国外媒体ZDNet报道，三星电子的研究机构已经成功地合成了一个“石墨烯球”，可以使锂离子电池的寿命更长，充电速度更快。三星高级技术学院（SAIT）表示，使用石墨球材料制造电池将使其容量增加45％，充电速度提高5倍。三星电子表示，目前的锂离子电池需要一个小时才能完全充电，但是这个新技术将会减少到12分钟。该公司补充说，使用石墨球的电池也可以在电动汽车中使用，能够在最高60摄氏度的温度中保持稳定。SAIT的全部研究结果在本月刊登在Nature上。SAIT的团队发现了使用SiO2或二氧化硅合成石墨烯如三维爆米花的机制。然后他们将这些石墨烯球用作锂离子电池的阳极和阴极材料。三星已经在韩国和美国申请了技术专利。