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石墨烯助力未来电池可随意编织

来源:未知   作者:admin    发布时间: 2018-08-09 14:03   浏览:

石墨烯助力未来电池可随意编织

  国外方面,欧洲有“石墨烯旗舰计划”,启动欧洲最大的开创性研究,投入1 000亿欧元,共有142合伙人参与,旨在通过实验室研究、设计把石墨烯最大限度推向全球巿场。西班牙光子科学研究院(ICFO)研究了GP在光电子设备的应用,其关键技术包括光传感器和图像系统,由红外线操作,以及光数据传输,可比原产品实现轻量化和更精准,并进而制备可穿戴的电子产品。比利时布路塞尔Virje大学(VUB)通过在光子设备中注入GP,即在硅片波导上置入GP图案,就可提高硅的性能和光转化效率,应用于调光器和光探测器中。

  能像毛线一样编织,能像纸板一样对折,也能像皮肤一样紧紧贴在身上。这样轻便柔韧的材料居然是电池。容量达到600毫安时每克以上,循环寿命超过1000次,500次以上对半折也不影响其性能近日,南京大学化学化工学院教授金钟团队在高容量柔性能源器件方面取得的新进展引起了不少人的关注。

  一般而言,能源器件分两种,一种负责能源存储,一种负责能量转换。前者将电能存储为化学能,在需要使用的时候释放,所对应的是锂离子等储能电池,被称为化学电源器件;后者往往可以将光能等其它形式的能量转换成电能,例如太阳能电池,其所对应的能源器件被称为物理电源器件。

  柔性的电池的基本结构可以以一个主干和多个分支组成,这些分枝会围绕着主干进行缠绕,最终形成类似动物脊椎骨的结构。这样的结构不仅保证了电池具有良好的柔性,还极大的提高柔性电池的能量密度,在采用石墨作为活性物质时,该结构的电池体积比能量大进一步大幅度提高。

  英国应用石墨烯材料(AGM)公司首次获得其合成的特种石墨烯纳米片晶(GNPs)的生产定单,对象为复合材料、聚合物和涂料行业的制造商。该公司的GNPs是一种化学性能独特的纳米粉体添加剂,可添加入现有材料和工序中而不破坏现有的制造路线,而且成本在用户可接受的范围内。根据最近的第三方检测结果,上述材料添加它后,其断裂韧性、抗腐蚀性、屏蔽性能、树脂模量、导电性和导热性,均有明显提高,而不会对其他关键性能如湿条件下的工作温度有负面的冲击。

  我国标准与技术研究院(NIST)模拟通过慢拉一条DNA分子穿过石墨烯上的小孔检测电流的变化,来快速且准确测定DNA序列。

  该团队以碳纳米纤维材料为基础,通过修饰TiO2和MoS2二维材料制备出了多功能的同轴纳米复合纤维电极材料。利用这种纤维电极组装了可弯折、可编织的柔性线状太阳能电池和光充电能量纤维,获得了优异的性能,并且能够在光照下快速自发充电。

  宜兴环保科技工业园与俄罗斯科学院、莫斯科国立大学一起,在南京工业大学2011协同创新中心宜兴GP新材料产业园内,合作共建联合应用中心。

  日本石墨烯平台公司研究在树脂中添加GP,期望提高材料的强度、导电性、导热性和气体屏蔽性等,这也是各国研究所正在开展的研究课题。例如在环氧树脂中添加0.1%(质量分数)GP时,拉绅强度相对于原主体提高了42%。

  中国科学院宁波材料技术与工程研究所(以下简称“宁波材料所”)也研发出高导热、导电、电磁波屏蔽及具有良好柔韧性的GP屏蔽材料。

  英国南安普顿大学和日本先进科学技术研究所研发了GP传感器,能检出室内的空气污染,精度极高。

  “无论哪种能源器件,如果做成柔性、便携和集成化的,都可能开拓新的应用领域。”在金钟“手”里,电池就好像没了脾气般能变成想要的形状。光电转换效率达到9.5%,可以弯折、缠绕、打结,能够实现仅需7秒钟的快速充电除了储能电池,金钟课题组在柔性太阳能电池方面也取得了新的成果。

  目前新一代飞机和B-777X、B-787和A-380、A-350等都加大了碳纤维复合材料(CFRP)在结构材料中的应用比例,但由于CFRP的导电性有限,在机身、机翼前缘、机翼表面都容易遭雷击,为此空客英国和BAE系统公司在英国国家航空技术开发计划(NATEP)的支持下,开发了GP增强环氧树脂,无需采用金属丝就解决了高导电和防雷击问题。GP由Haydale复合材料解决方案公司提供。

  与传统平面状能源器件相比,纤维状能源器件质量更轻、柔性更好、集成度更高,同时有可能在未来像高分子纤维一样通过纺织技术进行大规模的生产和应用,从而满足各种便携式和可穿戴柔性电子设备的需求。

  想象一下未来穿上可以提供电能、发光发热的衣服吧,你的冬天不再冷冰冰。警示服、腕表、射频卡片柔性电池可以做到让能源随身携带。除了民用,柔性电池也能满足未来信息化作战的能源供应需要。

  【杭电股份:石墨烯电缆项目预计年底前投入运行】从杭电股份(603618)获悉,公司与澳高校合作研发的石墨烯电缆项目取得阶段性成果,基于中澳双方合作研发的基础专利及阶段性成果的石墨烯电缆中试线,正在进行设备基础施工,预计今年底前投入运行。2016年,杭电股份与新南威尔士大学签订合作研发协议,双方共同进行“运用石墨烯改进电力电缆导电性”的研究。(证券时报网)

  普渡大学、兰州大学、哈尔滨工业大学和我国空军研究实验室合作,开发新型驿质、阻燃、超弹性的GP-陶瓷超材料,将高强度与电导率和隔热结合起来,为多种用户提供量身定制的性能与隔热相结合的隔热层和传感器的应用。

  值得骄傲的是,鸿纳(东莞)新材料科技有限公司投产了2条万吨级各为水性和油性的GP浆料生产线层,这是全球最大生产线,标志着我国GP产业已开始进入腾飞期。产品主要应用于防腐、功能涂料、复合材料和锂离子电池(LIB)部件等。

  从事材料化学领域研究10多年来,金钟利用碳纳米管、石墨烯和无机纳米纤维等材料的高柔韧性和导电性,用来充当储能电极材料的优秀柔性“骨架”。在这些材料的基础上,经过巧妙的结构设计,坚固厚重的电池在金钟课题组的手里逐渐改变了传统的模样。

  “在现代化的单兵特种作战装备中,士兵的负荷中有三分之一的重量来自电池,然而现有的电池系统只能续航72小时。”金钟说,“开发质量体积小、续航时间长、输出功率大、安全性高、更适合穿戴的新电池系统,在信息化作战、无人机、水下航行器等国防应用方面具有特别重要的意义。”(陶朵朵整理)

  目前作为柔性超级电容器的石墨烯/聚吡咯电极材料的研究十分盛行,且趋于成熟,如通过原位化学聚合法合成的该电极复合材料,已能很好将具有双电层性能的GP基电极材料与具有赝电容性能的聚吡咯电极材料相结合,从而提高电极的电化学性能和循环稳定性.其中GP和聚吡咯的比表面积大、导电性优,可制取电化学性能较好的纺织纤维基GP/聚吡咯电极材料。

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  可是无论石墨烯的作用有多少,都不能否认它本身是一款超级材料,从被发现到现在有十来年了,但真正进入产业化领域,不过一两年。因此石墨烯作为主材,各方面技术都还远远不能满足锂电需求,但作为辅材其实意义重大。