石墨烯電池的優缺點介紹

TIME: 2023-09-01 新聞資訊

石墨烯電池是一種由碳原子以sp2雜化方式形成的蜂窩狀平面薄膜，是一種只有一個原子層厚度的准二維材料，所以又叫做單原子層石墨電池。利用锂離子在石墨烯表面和電極之間快速大量穿梭運動的特性，開發出的一種新能源電池。

（1）石墨烯電池优点：

石墨烯锂電池的优越性能，其储电量是目前市场最好产品锂電池的三倍。一个锂离子電池（以最先进的为准）的比能量数值为180wh/kg，而一个石墨烯電池的比能量则超过600whkg。

容量大：加入石墨烯材料，同等體積，容量擴大五倍以上，可逆容量爲672mAh/g，首次放電及充電容量分別爲945mAh/g和650mAh/g，100次循環之後，比容量爲460mAh/g。

导电快：大幅提升锂离子電池的充电效率，且不会对電池的其他性能造成损害。

體積重量小：尺寸和重量均將變小，而且能量儲存密度得到了數十倍的提高，使其續航時間長。

使用寿命长：石墨烯作为导电添加剂，电阻小，散热少，对增强電池的稳定性、安全性，延长電池使用寿命有很大作用。

石墨烯材料的優勢：最薄卻也是最堅硬的納米材料;

(1)石墨烯具有優良的導電和導熱特性，具有良好的電子傳輸通道，而良好的導熱性能也確保了其在使用中的穩定性;

(2)石墨烯片层间距大于结晶性良好的石墨，使得锂离子在石墨烯片层之间的扩散通畅，有利于锂离子的扩散传输。因此，石墨烯基电极材料同时具有良好的电子传输通道和离子传输通道，非常有利于锂离子電池功率性能的提高;

(3)石墨烯是單層碳原子，上下表面均可以存儲锂離子，並且由于制備過程中引入了缺陷、邊緣懸挂鍵等，這些位置均可以存儲锂離子，所以存儲容量大大提高了;

(4)嵌锂電位高，充放電曲線陡峭，沒有明顯的電壓平台，存在電壓滯後現象。

(5)幾乎是完全透明的，只吸收2.3%的光導熱系數高達5300W/mK，高于碳納米管和金剛石常溫下其電子遷移率超過15000c2/V-s，比納米碳管或矽晶體高;

(6)電阻率只約106Qcm，比銅或銀更低，爲目前世上電阻率最小的材料;良好的化學穩定性;具有大理論比表面積(2630m2/g)。

2）用此電池供应电力的电动汽车最多能行驶1000公里，而其充电时间不到8分钟。

3）使用寿命长。其使用寿命是传统氢化電池的四倍，是锂离子電池的两倍。

4）重量轻。石墨烯的特性使得電池的重量可以减少为传统電池的一半，这样可以提高装载该電池的机器的效率。

5）石墨烯相比于传统的電池有着更大更多的优势，在使用寿命上，它的使用寿命是锂离子電池的两倍，是氢化電池的四倍。

6）更快的充电速度，并且在高温下也比锂离子電池更为耐用。

（2）石墨烯電池缺点：

1）目前石墨稀還沒達到實用化階段，離大批量生産還有很長的路要走。

2）市场上这些石墨烯電池也不是纯石墨烯電池，他只是在锂离子電池的基础上掺杂了一些石墨烯的相关的技术，与传统的锂离子電池相比，它带来的性能提升也仅仅只有那么一点点。再加上石墨烯的成本十分的高昂，它的制造工艺也非常的高，石墨烯電池的制作工艺仍然不够成熟，目前仅处于实验室阶段的它无法达到量产的地步。

3）工艺特性不兼容。就是石墨烯比表面积过大，会对现有锂离子電池的分散均浆等工序带来一大堆工艺问题。假如電池厂调工艺会累死，又没有性能指标突破性进步带来的足够的利润空间驱动，谁愿意上这个技术？石墨烯表面特性受化学状态影响巨大，批次稳定性，循环寿命等等都有很多问题，目前来看无法满足锂离子電池生产的一堆细致的要求。

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