グラフェンはグラファイトから抽出された材料であり、純粋な炭素で構成されています。これは、自然の中で最も重要な要素の1つです.酸化グラフェン粉末、新しいタイプの材料として、リチウムバッテリー、リチウム硫黄電池、エアバッテリー、水素貯蔵、スーパーキャパシタなどのエネルギー貯蔵フィールドに大きなアプリケーションの可能性があります。充電パフォーマンスの向上は、ソリッドステートバッテリーの固体インターフェイステクノロジーの問題を克服するのにも役立ちます{.
1.グラフェン構造と特性
グラフェンは炭素原子で構成される2次元ナノ材料であり、ハニカム.に似た六角形格子構造を提示します。グラフェンの厚さは、単一の炭素原子の直径のみです。
炭素原子はSP²でハイブリダイゼーションに関与し、層の間で電子がスムーズに走行できるようにする{.
したがって、グラフェンは優れた電気伝導率を持ち、現在、.既知の抵抗率が最も低い材料です。
グラフェンバッテリーの基本的な作業原理は、従来のリチウムイオン電池の原理に似ており、電極材料の使用において主な違いがあります.
グラフェン電池では、電極は通常、グラフェンベースの複合材料で作られています。これにより、電池の電気伝導率が高く、イオン透過速度が高くなることができます.グラフェンの高い表面積は、より多くの活性部位を提供し、より多くの電荷を保存できるため、バッテリーのエネルギー密度が増加します.
グラフェン材料は優れた熱伝導率{.を所有しています.単一層材料の理論的な室温導電率は、3000-5000 w/（m・k）.に到達することができます。
グラフェン材料は優れた機械的特性を持ち、非常に高い靭性と強度.を使用して、柔軟な電極材料の開発と研究に使用できます.
2.バッテリーアプリケーションにおけるグラフェンの利点
2.1超高電気伝導率
グラフェンの電子移動度は非常に高く、電子が材料内で迅速に移動できるようになり、関連データによると、バッテリーの充電速度.が大幅に増加し、グラフェンバッテリーの充電速度は、従来のリチウム電池.の5〜10倍に達する可能性があります。
2.2.エネルギー密度の強化
グラフェンの原子構造は、より大きな表面積と電気化学的活動を可能にします。これにより、バッテリーがより多くのエネルギーを保存し、バッテリーの全体的なエネルギー密度を高めるのに役立ちます.
2.3.熱安定性が向上しました
グラフェンの優れた熱伝導率は、充電および放電中のバッテリーの熱管理に役立ちます。これにより、熱暴走のインシデントを減らし、バッテリーの安全性を高めることができます{.
2.4.環境への親しみやすさ
グラフェンは、従来のバッテリー材料の生産方法と比較して、より環境に優しい化学蒸気堆積などの方法で大量生産できます.
3.リチウムイオン電池でのグラフェンの適用
3.1グラフェン陰性電極材料
グラフェンは、負の電極材料として直接使用されます
グラフェンは優れた電気伝導率を持っていますが、その2次元顕微鏡構造の積み重ねの傾向は、独立したグラフェン電極材料に関する不十分な研究につながります.主な症状は、バッテリーの速度性能と低いサイクル効率などです.
グラフェン複合負の電極材料
現在、主なグラフェン陰極電極複合材料には、遷移金属酸化物/グラフェン複合材料とグラフェン修飾シリコンベースの材料などが含まれます。.このタイプの複合材料の研究方向は、グラフェン材料の導電性特性と構造的特性を利用して、ナノマテリアルを補償するためにグラフェン材料を補償し、リトリウムの伝達速度を補償することを支援することです。原材料の欠陥と欠点.
3.2.グラフェン導電性剤
導電性剤材料の基本機能は、電極の活性粒子間で高速イオン伝達チャネルを確立することであり、それにより、電子伝達の速度を高めることです{.炭素ベースの材料は、軽量、高導電率、高熱伝導率、良好な化学的安定性.が現在使用されている依存剤のような導電性エージェントを含む最も広く使用されています。炭素ベースの材料の導電性カーボンブラックは、もはや市場の需要を満たすことができなくなります.新しい導電性剤の研究開発は不可欠です.
- グラフェン単層導電性剤
2次元ナノマテリアルとしてのグラフェンは、大きな特定の表面積を持つ優れた電気伝導率{{1}}グラフェンが陽性電極粒子の表面に付着し、相互に織り込まれ、巨大な高速導電性ネットワーク.を形成することができます。
低料金の電荷と放電電池の場合、グラフェンの追加量が増加すると、排出特異容量が最初に増加し、その後市販の導電性剤と比較して.を減少させ、少量のグラフェンを追加すると、良い導電性効果を達成でき、バッテリーのパフォーマンスもそれに応じて{2}}を改善します。従来の導電性エージェント.
- グラフェンおよびカーボンブラック複合導電性剤
グラフェンとカーボンブラックを組み合わせて複合導電材料を形成すると、多数の2次元グラファイトシートが元のネットワーク炭素ブラック構造.に均一に包まれています。
協調伝導を通じて、ポイントでの元の2次元伝導は、同時にポイント.で3次元伝導に変換され、グラフェンの積み重ねと凝集の問題が解決され、構造の安定性と伝導効率が改善されます.}
- グラフェンおよびカーボンナノチューブ複合導電性添加剤
グラフェン/カーボンナノチューブがリチウムイオンバッテリー材料に導電性添加剤として追加されると、2つは3次元導電性サイトネットワークを形成できます.
カーボンナノチューブは、グラフェンシートの各層を通過し、元の2次元の導電スペースを透過チャネルの3次元ブリッジング構造に変換します{.これにより、より高速でスムーズな電子導電性パスが提供され、バッテリーポジティブ電極の伝送効率とリチウムイオンの伝送レート{グラフェン構造の安定性を高め、凝集と蓄積を防止.
4.ソリッドステートバッテリーのインターフェイス変更
現在、高導管固体電解質.の研究では、大幅な進歩がなされていますが、電極と形成された固体領域の湿潤特性は不十分であり、界面抵抗、化学的互換性、およびインターフェイスの安定性.に悪影響を及ぼします。
負の電極界面領域では、3次元のグラフェンフレームワーク、積層プレート、中空の球体は、リチウム樹状突起の形成と充電中の電極の体積膨張を阻害する可能性があります.
正の電極界面領域では、グラフェンを電極材料と電解質と組み合わせて電荷伝達{.を改善し、グラフェンはバッファー層として機能し、界面の互換性を高め、それによってバッテリー.の全体的なパフォーマンスを改善する
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