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石墨烯应用未来路在何方?剑桥、麻省理工科学家这样说

时间:2017-10-30 15:29来源:Admin5 作者:消息 点击:
 
  【石墨烯润滑油】石墨烯的应用,除了近年已知的防腐涂料、超级电容器、计算机、生物传感、DNA测序等应用有更多的发现外,还有锂硫电池、高效燃料电池、淡化海水、细菌灭虫器等一系列新的应用研究突破,来一睹为快!
 
  石墨烯(Graphene)是由一个碳原子与周围三个近邻碳原子结合形成蜂窝状结构的单层片状结构新材料。自2004年以来,当研究人员首次从普通石墨中分离出单层石墨烯,技术界就给予这种“神奇的材料”很高的期望。
 
  有人预测,石墨烯将取代硅作为电子器件的主要材料。但石墨烯永远不会取代硅,因为石墨烯不是半导体。据预测,石墨烯的第一个广泛的商业应用可能在生物传感领域、下一个可能是电池产品。
 
  曼彻斯特大学的研究人员在2004年首次生产石墨烯,并且测试一种石墨烯氧化物分子筛,它可以更加便宜而且高效的从海水中生产淡水。麻省理工学院的研究人员最近展示了一种由3D印刷石墨烯制成的未来建筑材料。剑桥石墨烯中心的法拉利表示,“石墨烯具有很大的潜力,但我们至少需要花费10到15年才能实现。我们不知道是否会成功,但我对结果越来越满意。”
 
  电池、超级电容应用
 
  ▶石墨烯海绵添加剂用于增强锂电池性能
 
  日本NEC公司的研究员钱成开发了一种多孔石墨烯海绵添加剂,也称为MagicG,该蜂窝状多孔石墨烯海绵具有高导电性,高比表面积和高电解质吸收能力,可用于锂离子电池的阳极和阴极,以提高其速率和功率性能。由于添加剂引入后而产生的电极特性,对于用于电动车辆的锂离子电池是必不可少的。虽然目前锂离子电池显示出一些很好的性能,但由于充放电能力差和高倍率性能,它们仍然受到低功耗的影响。
 
  ▶石墨烯纳米管混合物用于锂金属电池
 
  莱斯大学创建的锂涂覆混合石墨烯和碳纳米管电池的阳极的三维结构,避免形成枝晶。通过解决枝晶的问题,创造了一种可充电的锂金属电池,其电池容量是商业锂离子电池的三倍。当新电池充电时,锂金属均匀地包覆了碳纳米管以共价连接到石墨烯表面的高导电碳杂化材料。如ACSNano报道,该混合物代替了用于交换安全能力的普通锂离子电池中的石墨阳极。目前他们正在中试规模生产这些阴极加阳极的完整电池,并对它们进行测试。
 
  ▶3D石墨烯上的镍钴硫化物核/壳结构用于超级电容器
 
  镍钴硫化物的三维核/壳结构是在石墨烯上使用一系列水热步骤进行纳米工程而生成的,而用于生长核壳结构的石墨烯是在应用于超级电容器的CVD上生长的。据研究,石墨烯和NCS/CNS核/壳三维多孔结构的协同优势可以使,在10mA/cm2的电流密度下,获得了15.6F/cm2的优异的电容,在5000次循环后具有93%的优异的循环稳定性和优异的速率能力,电流从10mA增加到100mA/cm2时速率能力为74.36%。这种混合结构将来在高性能储能装置方面有很大的应用潜力。
 
  ▶石墨烯纳米胶囊促进锂硫电池商业化
 
  美国阿贡国家实验室和俄勒冈州州立大学的研究人员,发现了一种新的阴极结构硫化锂电池,这种阴极由包覆多层石墨烯的二硫化锂纳米晶体组成。这种设计允许最大量的活性硫化物进入电极,从而大大提高了导电性。可以有效地保存活性硫,因此电极不会膨胀,同时也解决了现有硫电极和先前报道的二锂复合材料面临的主要问题。
 
  ▶钌原子附着石墨烯上用于制造高效燃料电池
 
  莱斯大学科学家通过将单一的钌原子附着到石墨烯上,为高性能燃料电池制造了耐用的催化剂。化学家JamesTour通过测试后发现,其性能与传统的铂基合金、最佳铁氮掺杂石墨烯的性能相当。