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汽车领域中的“百变石墨烯”

导读: 石墨烯与富勒烯、碳纳米管、金刚石一起构筑起碳从零维到三维的完整的同素异形体。目前,在汽车领域,作为其同胞兄弟的碳纳米管已经显示出诱人的应用前景,虽然石墨烯及其复合材料在汽车上的应用还比较少,但科学家们正在努力研究其在汽车领域方面的应用。

  石墨烯与富勒烯、碳纳米管、金刚石一起构筑起碳从零维到三维的完整的同素异形体。目前,在汽车领域,作为其同胞兄弟的碳纳米管已经显示出诱人的应用前景,虽然石墨烯及其复合材料在汽车上的应用还比较少,但科学家们正在努力研究其在汽车领域方面的应用。

  汽车储能领域:

  电源、电控、电机是纯电动汽车的三大系统。目前,作为电源的储能装置主要有锂离子动力电池、超级电容器和燃料电池,三者均要求其电极材料具备大的比表面积、高的导电性和良好的电化学稳定性,这为石墨烯的运用提供了广阔空间。

  石墨烯在汽车电池中的应用:

  石墨烯是一类具有应用前景的锂离子电池负极材料,已经运用到汽车电池研究领域,西班牙一家以工业规模生产石墨烯的Graphenano 公司同西班牙科尔瓦多大学合作研究出首例石墨烯聚合材料电池,其储电量是目前市场最好产品的三倍,用此电池提供电力的电动车最多能行驶1000公里,而其充电时间不到8分钟。石墨烯聚合材料电池的成本将比锂电池低77%,重量也仅为传统电池的一半。

  2015年上半年,山东玉皇新能源科技有限公司搭建起了第一条新型电池生产线,这款快充型锂电动力电池最大的特点就是加入了石墨烯, 将电芯内阻减小到最小,有效地解决了阻碍锂电池产品快速充电的技术瓶颈,同时大大延长了电池寿命。目前已经投产,主打物流车和观光车市场一块加入石墨烯的“超能”电池,30分钟可充电至最大容量,配备在新能源汽车上续航里程最高可达400公里,并且电池重量大大减轻。

  墨烯在超级电容器中的应用:

  所谓超级电容,是介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置。其基本原理和其它种类的双电层电容器一样,都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。由于其容量很大,对外表现和电池相同,因此也有称作“电容电池”。作为储能器件的一种,超级电容器在充放电过程中释放的能量巨大,但功率却只有同重量普通电容器的十分之一。由于超级电容器充放电过程是物理变化,与化学变化的锂电池充放电过程相比,超级电容器可以快成快放,不用担心损伤电池。因此业界专家认为其以上优势可以取代锂电池成功搭载在新能源汽车中。

  石墨烯在储氢材料中的应用:

  在燃料电池领域,氢燃料是未来发展的方向。氢能源在汽车上的应用研究发展很快,通用汽车已推出的第三代燃料电池汽车,车速每小时已可达160km/h,续航里程400km。储氢材料的纳米化是提高储氢能力的一个重要方向。目前,用于储氢的材料,如镧镍系稀土、镁系合金等,价格非常昂贵。而石墨烯因具有纳米结构,同时成本相对较低,是储氢材料的较好选择。

  目前,有关石墨烯储氢的实际研究结果与理论容量仍有一定距离。探索不同的石墨烯制备工艺,对石墨烯进行有效掺杂复合是以后石墨烯基储氢材料研究的重要方向。

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