當今社會日益增長的能源與環境需求對儲能電池技術的發展既是機遇也是嚴峻的挑戰。納米碳材料如碳納米管與石墨烯因其優異的導電能力、良好的機械性能以及獨特的形貌與結構特征在儲能電池技術領域中的應用越來越普遍。本文通過綜述近年來碳納米管與石墨烯分別作為鋰離子電池的復合電極材料、負極活性材料、導電添加劑以及新型鋰硫電池用復合導電載體的***應用進展,重點討論了這兩類納米碳材料的不同應用模式對儲能電池容量性能、倍率性能以及循環壽命的影響。同時對目前研究中存在的問題進行了總結,并對未來發展方向,如開發低成本與環境友好的高質量材料合成技術、提升材料的分散能力以有效構筑復合電極結構以及開發新的應用模式等進行了展望。利用氧化石墨烯制備的石墨烯導熱膜,導熱系數高。標準氧化石墨烯產品介紹
光-熱能量轉換是石墨烯相變復合材料目前應用*****的一個領域。楊鳴波教授團隊[63]通過化學氣相沉積(CVD)制備出了具有互連網絡的石墨烯泡沫(GF),用于制備復合相變材料的三維骨架。研宄發現,這種相變復合材料的熱導率比純相變材料高744%,且具有很高的光-熱轉換效率,表明其在太陽能利用和存儲中的巨大潛力。**近,他們團隊[64]通過冷凍鑄造法制備了三維石墨烯網絡,與聚乙二醇(PEG)復合后得到具有出色的形狀穩定性以及高儲能密度的石墨烯相變復合材料。在100mWcnr2的模擬太陽光下照射20分鐘,相變復合材料的溫度迅速升高,比較高可達到約70°C,而純PEG的溫度*為55.4°C,無法完成相變過程。關閉模擬光源后,相變復合材料的溫度急劇下降,當溫度到達結晶點附近時,將出現另一個平臺,**著熱能的釋放過程。實驗結果表明,與純PEG相比,石墨烯相變復合材料在光-熱能量轉換方面表現出更優異的性能,有著更好的應用前景。云南制備氧化石墨烯氧化石墨烯長久以來被視為親水性物質,因為其在水中具有優越的分散性。
石墨烯薄膜具有優異的面內熱導率和良好的柔鈿性,因此經常在可穿戴設備、電子設備等領域被用作散熱材料使用。劉忠范院士團隊[78]通過等離子增強化學氣相沉積法(PECVD)在藍寶石襯底上生長石墨烯納米壁,得到的納米壁具有獨特的結構和出色的熱導率。在輸入電流為350mA的情況下,基于石墨烯納米壁組裝的LED在光輸出功率方面提高了37%左右,而溫度卻降低了3.8%,說明石墨烯納米壁可用作LED應用中增強散熱的良好材料。Kim[79]等人使用球磨法將氟化石墨剝落為氟化石墨烯溶液,然后通過真空抽濾得到10pm厚的超薄氟化石墨烯薄膜(EGF),顯示出242Wm-1K-1的優異面內熱導率。Guo_等人通過涂布法制備了一種厚度可控的可拉伸石墨烯薄膜。這種石墨烯薄膜具有良好的柔韌性和優異的導熱性能,在施加3.2V電壓時,薄膜可以在6s內從室溫快速升溫至45°C。而去除外加電壓后,石墨烯薄膜可在5s內迅速冷卻至室溫,實驗結果顯示其既具有快速的電加熱響應,又具有高效的散熱能力。
氧化石墨烯一般由石墨經強酸氧化而得。主要有三種制備氧化石墨的方法:Brodie法,Staudenmaier法和Hummers法。其中Hummers法的制備過程的時效性相對較好而且制備過程中也比較安全,是目前**常用的一種。它采用濃硫酸中的高錳酸鉀與石墨粉末經氧化反應之后,得到棕色的在邊緣有衍生羧酸基及在平面上主要為酚羥基和環氧基團的石墨薄片,此石墨薄片層可以經超聲或高剪切劇烈攪拌剝離為氧化石墨烯,并在水中形成穩定、淺棕黃色的單層氧化石墨烯懸浮液。由于共軛網絡受到嚴重的官能化,氧化石墨烯薄片具有絕緣的特質。經還原處理可進行部分還原,得到化學修飾的石墨烯薄片。雖然***得到的石墨烯產物或還原氧化石墨烯都具有較多的缺陷,導致其導電性不如原始的石墨烯,不過這個氧化?剝離?還原的制程可有效地讓不可溶的石墨粉末在水中變得可加工,提供制作還原氧化石墨烯的途徑。而且其簡易的制程及其溶液可加工性,考慮量產的工業制程中,上述工藝已成為制造石墨烯相關材料及組件的極具吸引力的工藝過程。氧化石墨烯官能團豐富,易于改性。
氧化石墨烯(grapheneoxide)是石墨烯的氧化物,其顏色為棕黃色,市面上常見的產品有粉末狀、片狀以及溶液狀的。因經氧化后,其上含氧官能團增多而使性質較石墨烯更加活潑,可經由各種與含氧官能團的反應而改善本身性質。氧化石墨烯薄片是石墨粉末經化學氧化及剝離后的產物,氧化石墨烯是單一的原子層,可以隨時在橫向尺寸上擴展到數十微米。因此,其結構跨越了一般化學和材料科學的典型尺度。氧化石墨烯可視為一種非傳統型態的軟性材料,具有聚合物、膠體、薄膜,以及兩性分子的特性。氧化石墨烯長久以來被視為親水性物質,因為其在水中具有優越的分散性,但是,相關實驗結果顯示,氧化石墨烯實際上具有兩親性,從石墨烯薄片邊緣到**呈現親水至疏水的性質分布。因此,氧化石墨烯可如同界面活性劑一般存在界面,并降低界面間的能量。其親水性被***認知。氧化石墨烯懸浮液可以用于鋰電池負極改性。新型氧化石墨烯價格
氧化石墨烯薄片是石墨粉末經化學氧化及剝離后的產物。標準氧化石墨烯產品介紹
除了可以將太陽能轉換為熱能存儲之外,石墨烯相變材料也可以將電能轉換為熱能存儲。Wang[65]等人通過冰模板法制備了石墨烯納米片(GNP)氣凝膠,然后與石蠟復合得到相變復合材料,具有高導熱性、較好的形狀穩定性和熱穩定性,當GNP含量為4.1wt%時熱導率可達到1.42Wm-11C1。此外,當電壓為5V時,流經樣品的電流約為1.18A,此時溫度迅速升高,證實了其出色的電熱轉換能力。Li[66】等人將氣相擴散法和溶膠-凝膠法相結合,通過超臨界C02干燥和熱退火過程,制備了具有各向異性網絡的三維石墨烯氣凝膠,導熱率和導電率分別高達1.71士0.2Wnr11C1和341.3Snr1。其相變復合材料在施加1?3V的電壓時,電-熱轉換效率比較高可以達到85%。這項工作能夠為開發智能的電-熱轉換及存儲系統提供理論基礎,并證明了石墨烯相變復合材料在電子設備、太陽能存儲利用、熱管理系統等領域具備的潛力。標準氧化石墨烯產品介紹