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石墨烯超級(jí)電容器或代替鋰電池 改變汽車(chē)未來(lái)駕駛

時(shí)間:2015-10-29 09:13來(lái)源:環(huán)球網(wǎng) 作者:西顧
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        據(jù)英國(guó)媒體報(bào)道,研究人員對(duì)石墨烯進(jìn)行實(shí)驗(yàn),或?qū)⒋驿?a href='http://kqcgw.com/shushuo/dc/' target='_blank'>電池,減少充電時(shí)間,引領(lǐng)電動(dòng)車(chē)進(jìn)入新時(shí)代。
 
  盡管儲(chǔ)存能量的鋰離子電池價(jià)格便宜,使用持久,但若沒(méi)有發(fā)電機(jī)為其充電,電動(dòng)車(chē)根本走不了太遠(yuǎn)。即使現(xiàn)代科技發(fā)達(dá),電池充電也至少需要20分鐘,因此電動(dòng)汽車(chē)難以真正與汽油車(chē)和柴油車(chē)進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)。
 
  許多人嘗試解決這一問(wèn)題,均以失敗告終。來(lái)自韓國(guó)光州科學(xué)技術(shù)研究所的Lu Wu對(duì)現(xiàn)代理想材料石墨烯的最新研究,希望將實(shí)驗(yàn)結(jié)果商業(yè)化,解決電池問(wèn)題。嚴(yán)格地說(shuō),盧博士和他的同事們?cè)谘芯砍?jí)電容而非電池,超級(jí)電容是一種將類(lèi)似電池中的電解液及普通電容器結(jié)合在一起的設(shè)備。超級(jí)電容器如同正常的電容器,能源以靜電的形式存儲(chǔ)在材料表面,但與普通電容器不同的是, 當(dāng)為超級(jí)電容器充電,靜電附著于電解液離子表面。因?yàn)槭庆o電的依附而非化學(xué)狀態(tài)離子的變化(電池的工作原理)使得存儲(chǔ)過(guò)程加速,因此超級(jí)電容器比電池充電速度更快。
 
  超級(jí)電容器并不是一個(gè)新想法。石墨烯是一種只有一個(gè)碳原子厚度的二維材料,尤其適合制作電池。每克石墨烯面積達(dá)2675平方米,整個(gè)表面可以存儲(chǔ)靜電,因此石墨烯可用來(lái)制造超級(jí)電容器,比鋰離子電池帶有更多的能量。
 
  Lu博士的問(wèn)題在于如何將石墨烯利用在超級(jí)電容器中,并進(jìn)行合理工業(yè)化生產(chǎn)。他的解決方案是控制爆炸已炸毀的石墨碎片。石墨是由一層層以蜂窩狀有序排列的平面碳原子堆疊而形成的,石墨的層間作用力較弱,很容易互相剝離,形成薄薄的石墨片。當(dāng)把石墨片剝成單層之后,這種只有一個(gè)碳原子厚度的單層就是石墨烯。
 
  Lu博士的制備過(guò)程包括兩個(gè)階段。首先,將粉末狀石墨以受控方式暴露在空氣中,制備一種稱(chēng)為氧化石墨的物質(zhì)。但這并不是真正的具有固定化學(xué)式的氧化物。相反,它是石墨狀物質(zhì),在石墨稀層之間具有富氧原子團(tuán)。然后在容器中將氧化石墨加熱至160度,注意容器內(nèi)的氣壓是大氣壓的十分之一。加熱會(huì)引起氧化石墨發(fā)生化學(xué)反應(yīng),產(chǎn)生二氧化碳和水蒸氣。經(jīng)過(guò)進(jìn)一步處理過(guò)剩氧之后,石墨就適合制備超級(jí)電容器了。
 
  盡管石墨烯體積小,但效果良好——它可以存儲(chǔ)一公斤鋰離子電池所儲(chǔ)存的電量,且在四分鐘內(nèi)充滿(mǎn)電。將石墨烯數(shù)量增加至一輛車(chē)的需要時(shí),需要一個(gè)健全的系統(tǒng)進(jìn)行快速充電。目前此類(lèi)系統(tǒng)不適合家庭使用,可以安裝在路邊加油站。
 
  這將幫助我們擺脫目前電動(dòng)汽車(chē)遇到的充電問(wèn)題。如果原油具備可以匹配鋰離子電池的儲(chǔ)能能力,那么改良版本定會(huì)明顯超過(guò)它。超級(jí)電容器的持續(xù)實(shí)踐還有待觀(guān)察,但如果證明它如電池般耐用,使用可靠,價(jià)格便宜,將成為重大突破并改變汽車(chē)駕駛的未來(lái)。
 
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