石墨烯电池那么火，一篇文章全面读懂石墨烯.doc

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1、石墨烯电池那么火，一篇文章全面读懂石墨烯　　每当有一份关于石墨烯的突破性新闻出现时，总能在业内引起一片狂热之声，尤以电池领域为最。在这个时候，我们更应该冷静下来，知道石墨烯是什么、究竟能有什么效果，以及它目前面临的最大问题。　　石墨烯是一种由碳原子紧密堆积构成的二维晶体，是英国曼彻斯特大学的安德烈·海姆教授和康斯坦丁·诺沃肖洛夫教授率先于2004年通过一种简单的方法从石墨中剥离得到了单层石墨烯。在目前得到的二维材料里，石墨烯厚度最薄、比表面积较大，是人类已知强度最高、韧性最好、重量最轻、透光率最高、

2、导电性最佳的材料。正是由于这些优异的物理性能及巨大的应用前景，石墨烯的发现者于2010年获得了诺贝尔物理学奖。　　由于石墨烯特殊的结构，其也表现出许多其它材料不具有的特异性能。　　石墨烯电池那么火，一篇文章全面读懂石墨烯　　每当有一份关于石墨烯的突破性新闻出现时，总能在业内引起一片狂热之声，尤以电池领域为最。在这个时候，我们更应该冷静下来，知道石墨烯是什么、究竟能有什么效果，以及它目前面临的最大问题。　　石墨烯是一种由碳原子紧密堆积构成的二维晶体，是英国曼彻斯特大学的安德烈·海姆教授和康斯坦丁·诺沃

3、肖洛夫教授率先于2004年通过一种简单的方法从石墨中剥离得到了单层石墨烯。在目前得到的二维材料里，石墨烯厚度最薄、比表面积较大，是人类已知强度最高、韧性最好、重量最轻、透光率最高、导电性最佳的材料。正是由于这些优异的物理性能及巨大的应用前景，石墨烯的发现者于2010年获得了诺贝尔物理学奖。　　由于石墨烯特殊的结构，其也表现出许多其它材料不具有的特异性能。　　　　石墨材料的形成　　1.导电性极佳：石墨烯中载流子电子和空穴是连续的，迁移率可以到达1&TImes;105cm2/Vs，电子的传输速度达到光速

4、的1/300，大大超过了在一般金属导体和半导体中的传导速度，因而其拥有极好的导电性。　　2.超高透光率：单层石墨烯在很宽的波长范围内的吸光度仅为2.3%，也就是单层石墨烯的透光率达到97.7%，远远高于透明导电薄膜国际通用标准85%的要求。　　3.超高强度：石墨烯被发现是继碳纳米管之后具有最高弹性模量和强度的材料。其强度是世界上最好的钢强度的100倍，硬度比自然界中最硬的材料金刚石还高，同时又拥有极好的柔韧性，可以随意弯曲。　　4.超高热导率：和石墨、金刚石和碳纳米管相似，石墨烯也拥有非常高的热导率

5、，自由态的单层石墨烯在室温下热导率可以达到5000W/mK，是目前已知的导热率最高的材料。　　5.超大比表面积：由于石墨烯的厚度只有一个碳原子厚，因此单层石墨烯拥有超大的比表面积，可以达到2630m2/g，远远大于普通活性炭的比表面积。　　如果单看这些属性，那么石墨烯简直表现完美。唯一不完美的，在于怎么能够大量制备。　　石墨烯制备技术　　石墨烯的出现在科学界激起了巨大的波澜，从2006年开始，研究论文急剧增加，作为形成纳米尺寸晶体管和电路的“后硅时代”的新潜力材料，旨在应用石墨烯的研发也在全球范围内

6、急剧增加，美国、韩国，中国、日本等国家的研究尤其活跃。　　目前众多国际大牌厂商如陶氏化学、三星、IBM、华为以及苹果等都在积极推进石墨烯产业化的研究，从2004年至今，国际上关于石墨烯的专利申请已经达到了几千项，主要在石墨烯的制备、能源领域的应用、显示技术方面的应用、石墨烯纳米材料以及石墨烯复合材料等方面。但全球范围内都没有实施大规模量产的先例，这主要是由于还没有找到一种适合大规模生产的方法和途径，同时这也是石墨烯成本一直居高不下的原因。　　目前石墨烯主要的制造方法包括五种，分别是：机械剥离法、气相

7、沉积法（CVD法）、SiC热分解法、氧化还原法等。其中最接近实际生产应用的是气相沉积法。　　　　石墨烯制备方法对比　　石墨烯在汽车行业的潜在应用　　石墨烯是一种技术含量非常高、应用潜力非常广泛的二维碳材料，在众多行业都具有广泛甚至是颠覆性的应用前景。而汽车产业又是建立在众多行业基础上的一个集成行业，因此石墨烯对于汽车行业也有重要的应用价值和前景。　　1.应用于锂离子电池，大幅缩短充电时间，提升电池容量　　目前，全球汽车制造商使用的动力电池主要使用锂电池，以特斯拉为代表的镍钴铝酸锂电池、以比亚迪为代表

8、的磷酸铁锂电池和以日本汽车为代表的锰酸锂。　　这三类电池以钴酸锂电池能量密度最高，但它在高温下也最不稳定；磷酸铁锂电池最稳定，但能量密度最低。锂离子电池技术已经沉寂了20年没有大的技术革新，其最大的障碍在于：锂离子电池功率密度有限，其大量能量无法快速接收或释放（即无法实现快充快放）。　　石墨烯由于其超大的载流子迁移率，应用于锂离子电池上，可以大幅降低充电时间；而且由于其稳定性可以提高电池循环稳定性；另外由于超大比表面积还能提升电池容量。　　特斯拉升级版的ModelS采