當今社會日益增長的能源與環(huán)境需求對儲能電池技術(shù)的發(fā)展既是機遇也是嚴峻的挑戰(zhàn)。納米碳材料如碳納米管與石墨烯因其優(yōu)異的導電能力、良好的機械性能以及獨特的形貌與結(jié)構(gòu)特征在儲能電池技術(shù)領(lǐng)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(huán)壽命的影響。同時對目前研究中存在的問題進行了總結(jié),并對未來發(fā)展方向,如開發(fā)低成本與環(huán)境友好的高質(zhì)量材料合成技術(shù)、提升材料的分散能力以有效構(gòu)筑復合電極結(jié)構(gòu)以及開發(fā)新的應用模式等進行了展望。石墨烯極少添加量可改善材料力學性能。江西氧化石墨烯
相變材料(PCM)通過材料發(fā)生物態(tài)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(wěn)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(jīng)常被作為制備具有高性能相變復合材料的理想填料。在現(xiàn)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(zhuǎn)換材料、熱-電轉(zhuǎn)換材料、電-熱轉(zhuǎn)換材料三種。廣東制備氧化石墨烯改性氧化石墨烯濾餅(SE2430W、SE243PW、SE243EW)。
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(jù)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(jié)構(gòu)使它對周圍的環(huán)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(yī)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(jié)構(gòu)的高度穩(wěn)定性,這種晶體管在接近單個原子的尺度上依然能穩(wěn)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(wěn)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。
石墨烯薄膜具有優(yōu)異的面內(nèi)熱導率和良好的柔鈿性,因此經(jīng)常在可穿戴設(shè)備、電子設(shè)備等領(lǐng)域被用作散熱材料使用。劉忠范院士團隊[78]通過等離子增強化學氣相沉積法(PECVD)在藍寶石襯底上生長石墨烯納米壁,得到的納米壁具有獨特的結(jié)構(gòu)和出色的熱導率。在輸入電流為350mA的情況下,基于石墨烯納米壁組裝的LED在光輸出功率方面提高了37%左右,而溫度卻降低了3.8%,說明石墨烯納米壁可用作LED應用中增強散熱的良好材料。Kim[79]等人使用球磨法將氟化石墨剝落為氟化石墨烯溶液,然后通過真空抽濾得到10pm厚的超薄氟化石墨烯薄膜(EGF),顯示出242Wm-1K-1的優(yōu)異面內(nèi)熱導率。Guo_等人通過涂布法制備了一種厚度可控的可拉伸石墨烯薄膜。這種石墨烯薄膜具有良好的柔韌性和優(yōu)異的導熱性能,在施加3.2V電壓時,薄膜可以在6s內(nèi)從室溫快速升溫至45°C。而去除外加電壓后,石墨烯薄膜可在5s內(nèi)迅速冷卻至室溫,實驗結(jié)果顯示其既具有快速的電加熱響應,又具有高效的散熱能力。氧化石墨烯有分散液和粉體形態(tài)。
隨著5G時代的到來,電子設(shè)備運行速度***增加的同時,其尺寸也在向微型化發(fā)展,這勢必會導致電子設(shè)備在運行過程中產(chǎn)生大量的熱量,從而影響其穩(wěn)定性、可靠性和安全性。因此,設(shè)計和制備具有高性能的高導熱散熱材料是促進電子設(shè)備發(fā)展的關(guān)鍵問題之一。另外,隨著工業(yè)的快速發(fā)展和人口的迅速增長,石油、煤炭、天然氣等不可再生化石燃料的消耗日益增多,導致能源愈發(fā)短缺,因此制備能夠有效吸收、轉(zhuǎn)換和利用太陽能的新型熱能存儲材料成為了目前急需解決的難題。由于石墨烯具有高熱導率、高吸光性及優(yōu)異的機械性能,被作為制備熱能存儲材料、散熱材料等熱管理材料的理想選擇。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(shù)。黑龍江制備氧化石墨烯生產(chǎn)企業(yè)
氧化石墨烯可視為一種非傳統(tǒng)型態(tài)的軟性材料,具有聚合物、膠體、薄膜,以及兩性分子的特性。江西氧化石墨烯
從實際應用的角度看,石墨烯需要和基板接觸,因此,減少石墨烯薄膜和基板之間的接觸熱阻是石墨烯熱管理應用必須考慮的問題。單層或少數(shù)層石墨烯和基板之間的范德華力可以保證石墨烯和基板之間很好的熱耦合[42]。但是石墨烯薄膜由于厚度較大,范德華力遠遠不能滿足熱從基板傳遞到石墨烯薄膜上。傳統(tǒng)的連接基板和散熱片之間的導熱膠由于體積和熱導率較低的原因,已經(jīng)滿足不了實際應用的需求,必須采用共價鍵等其他的方式,以增強熱傳遞的效率。本團隊在這方面做了一些探索性的工作,主要采用在石墨烯薄膜和二氧化硅界面引入功能化分子的方法。實驗結(jié)果表明,引入功能化分子后,熱點的散熱效果提高了近1倍江西氧化石墨烯