什么是石墨烯電池?

石墨烯和電池

石墨烯是一種由碳原子構成的細胞晶格結構，由于其無數驚人的特性，被廣泛認為是一種神奇材料。它是電和熱能的強大導體，具有非常輕的化學惰性和很大的比表面積。它也被認為是環境友好的和可持續的，有無數的應用可能性。

石墨烯電池的優勢

在電池領域，傳統的電池電極材料(以及未來的電池電極材料)在石墨烯強化后得到了顯著的改善。石墨烯電池輕巧耐用，適合大容量存儲，可縮短充電時間。它可以延長電池的壽命，而電池的壽命與涂覆在材料上或添加到電極上以獲得電導率的碳量呈負相關。石墨烯新增了導電性，而不要傳統電池中使用的碳量。

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石墨烯可以通過多種方式改善電池的性能，如能量密度和形狀。鋰離子電池(以及其他類型的可充電電池)可以通過將石墨烯引入電池的陽極，利用材料的導電性和大的表面積特性來優化其形態和性能。

制造混合材料也被發現有助于增強電池。例如，氧化釩(VO2)和石墨烯的混合物可用于鋰離子陰極，充放電快，充電周期長。在這種情況下，VO2具有高能量容量，但導電性較差，這可以通過將石墨烯作為結構骨架并將VO2附著在其上而得到解決，從而創造出一種既具有高容量又具有良好導電性的混合材料。

另一個例子是LFP(磷酸鐵鋰)電池，一種可充電的鋰離子電池。它的能量密度比其他鋰離子電池低，但功率密度更高(這是電池供應能量的速率的一個指標)。石墨烯增強的LFP陰極使電池更輕，充電速度比鋰離子電池快得多，比傳統的LFP電池容量更大。

石墨烯電池和石墨烯超級電容器的組合，不僅能徹底改變電池市場，還能出現驚人的效果，比如著名的電動汽車續航里程和效率提升的概念。雖然石墨烯電池還沒有廣泛商業化，但世界各地都有有關電池突破的報道。

電池基本知識

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電池作為一種便攜式電源，使電力設備無需直接插入插座即可運行。雖然有很多種電池，但它們工作原理基本相似:一個或多個電化學電池將儲存的化學能轉化為電能。電池通常由金屬或塑料外殼制成，包括正極(陽極)、負極(陰極)和允許離子在它們之間移動的電解質。

分離器(一種可滲透的聚合物薄膜)在陽極和陰極之間形成了一道屏障，以預防短路，同時允許離子電荷載體的傳輸，當電流通過時，離子電荷載體要關閉電路。最后，使用集電極通過連接的設備對電池進行外部充電。

什么是石墨烯電池?

當兩個端子之間的電路完成后，電池通過一系列的反應來發電。氧化發生在陽極，電解液中的兩個或兩個以上的離子與陽極結合，出現釋放電子的化合物。同時，陰極被還原，陰極材料、離子和自由電子被合成化合物。簡而言之，陽極反應出現電子，而陰極反應吸收電子并在此過程中出現電。電池將繼續發電，直到電極耗盡出現反應所需的材料。

電池類型及特性

電池重要有兩種類型:初級電池和次級電池。一次電池(一次性電池)，電極材料在充電過程中發生不可逆變化，使用后失效。常見的例子是用于玩具、手電筒和許多便攜設備的鋅碳電池和堿性電池。二次電池(可充電的)，可以多次放電和充電，因為原來的組成電極可以恢復功能。例如汽車用的鉛酸蓄電池和便攜式電子產品用的鋰離子電池。