Графен был впервые выделен в 2004 году. Он был хорошо известен исследователям графена в 2010 году после получения Нобелевской премии. Это всего лишь короткое время за более чем десятилетие. Хотя мировая индустрия графена все еще находится на ранней стадии, из-за энтузиазма общественности по поводу новых графеновых материалов, индустрия графена чрезмерно расширена, показывая ложь о «внезапных источниках и источниках, цветении тысяч деревьев и груш» Процветающая сцена.
Особенно в некоторых районах с относительно богатыми запасами графитовой руды, графитовая руда смешивается с графеном, и развитие графеновой промышленности рассматривается как «волшебная пуля» для местной экономической трансформации и модернизации, и планируются планы строительства графеновых индустриальных парков.
Несомненно, графен, как предшественник новой индустрии материалов, стимулирует трансформацию и модернизацию традиционных обрабатывающих производств, культивирование точек роста новых отраслей и продвижение роли массового предпринимательства и инноваций. Под руководством национальной политики графен был выложен повсеместно. В настоящее время полная производственная цепочка графена в Китае находится в зачаточном состоянии и охватывает все аспекты, начиная с сырья, подготовки, разработки продукции и заканчивая приложениями для переработки.Дельта реки Янцзы, дельта Жемчужной реки и Пекин-Тяньцзинь-Хэбэй сформировались в качестве зоны сбора. Развитие графеновой промышленности. В 2016 году общий объем рынка графена в Китае превысил 4 млрд. Юаней, и он сформировал шесть основных сегментов рынка в области применения новых энергетических областей, приложений в области здравоохранения, применения в композитных материалах, приложений в области энергосбережения и защиты окружающей среды, графенового сырья и графенового оборудования.
Однако за суетой стоит хаос, а временное процветание приносит только постоянную боль. Нельзя сказать, что графеновая промышленность Китая по-прежнему сталкивается с некоторыми глубинными проблемами, ее базовые исследовательские возможности слабы, нехватка ведущих предприятий, предприятий верхнего и нижнего уровней не соответствуют друг другу, производственная цепочка является незрелой, рынок капитала чрезмерно расширяет концепцию графена, а отраслевой стандарт отсутствует. И т.д. все серьезно ограничивают здоровое и устойчивое развитие графеновой промышленности Китая.
Согласно статистическим данным, в Китае было построено или строится более 40 графеновых индустриальных парков, графических инновационных центров и исследовательских институтов по графену, и более 2000 компаний занимаются исследованиями и разработками графенового сырья и продуктов, и это число по-прежнему сохраняется. Постепенно увеличивайтесь. В настоящее время энергичное внутригосударственное «движение лидеров» «Большого скачка вперед» не рекомендуется. Будущая индустрия графена будет основана на применении графеновых материалов убийственного сорта, а не в качестве добавки бальзамного типа.
В настоящее время некоторые продукты на внутреннем рынке, в том числе одежда, покрытия, композитные материалы, адсорбционные смазочные материалы, литиевые аккумуляторы графена, сенсорные экраны для графеновых мобильных телефонов и т. Д., Представляют собой текущие основные продукты графена в Китае, которые, как следует сказать, являются международными Первая партийная команда. Однако, по сравнению с зарубежными странами, мы все еще отстаем: флагманская программа ЕС по графену запустила 17 новых исследовательских проектов по графену в октябре прошлого года. Они касаются суперкаров на основе графена, датчиков IoT, носимых устройств и здоровья. Пограничные области, такие как управление, передача данных, энергетические технологии и композитные материалы.
Графен литиевая батарея?
Что такое графен? Давайте взглянем на определение Википедии: «Графен - это плоская пленка, состоящая из атомов углерода с гибридной орбиталью sp2 с гексагональной сотовой кристаллической решеткой, двумерный материал с толщиной только одного атома углерода. В настоящее время графен Это самый тонкий, но самый твердый наноматериал в мире, он почти полностью прозрачен и поглощает только 2,3% света. Его теплопроводность достигает 5300 Вт / м · К, что выше, чем у углеродных нанотрубок и алмазов. Подвижность электронов при нормальной температуре. Более 15000 см2 / В · с, что выше, чем у углеродных нанотрубок или кристаллов кремния, а удельное сопротивление составляет всего около 10-8 Ом, что ниже, чем у меди или серебра, и является материалом с самым низким удельным сопротивлением в мире ».
Нынешний термин «графеновая батарея» очень горячий. На самом деле, нет такой вещи, как «графеновая батарея» в международной академии и промышленности литиевых батарей. Автор поискал в Википедии и не нашел объяснения терминам «графеновая батарея» или «графеновая литий-ионная батарея».
Согласно относительно авторитетному веб-сайту о графене Graphene-info, «батарея графена» определяется как батарея с графеновым материалом, добавленным к материалу электрода. Это объяснение, очевидно, вводит в заблуждение. Согласно классической электрохимической номенклатуре, литий-ионная батарея, используемая в обычных смартфонах, должна называться «литий-кобальт-графитовая батарея». Причина, по которой она называется «литий-ионная батарея», заключается в том, что SONY выпустила литий-ионную батарею на рынок в 1991 году. Учитывая, что классическая номенклатура слишком сложна, люди не могут ее вспомнить, а процесс зарядки и разрядки осуществляется за счет миграции ионов лития. Система не содержит металлического лития, поэтому она называется «Литий-ионный аккумулятор». Название «литий-ионный аккумулятор» широко распространено во всем мире, что также отражает особый вклад SONY в области лития.
В настоящее время почти все коммерческие литий-ионные аккумуляторы используют анодные материалы на основе графита.В случае схожих характеристик анода производительность литий-ионных аккумуляторов в значительной степени зависит от материала катода, поэтому в настоящее время литий-ионные аккумуляторы имеют обыкновение ссылаться на положительный электрод. , Например, литий-железо-фосфатная батарея (BYD под названием «железная батарея» не обсуждается автором), литий-кобальто-оксидная батарея, литиево-марганцево-оксидная батарея, тройная батарея и т. Д. - все это для положительного электрода.
Тогда, если отрицательный электрод батареи сделан из кремния, будет ли он называться кремниевой батареей? Может быть, это возможно. Но независимо от того, кто будет играть главную роль, будет назван. Согласно этому расчету, если графеновая батарея должна быть батареей, графен которой играет главную роль в электрохимии. Точно так же, как литиево-кобальт-оксидная батарея с добавлением технического углерода, разве это нельзя назвать аккумулятором с сажей? Чтобы дополнительно прояснить концепцию «графеновых элементов», мы сначала суммируем области применения, где графен может (только возможен) в литий-ионных батареях.
· Отрицательный электрод: 1. В материале анода используется один графен, 2. Он образует композитный материал с другими новыми материалами анода, такими как материалы на основе кремния и олова и соединения переходных металлов, 3. Проводящая добавка отрицательного электрода.
Положительный электрод: он в основном используется в качестве проводящего агента, добавляемого к положительному электроду с фосфатом лития и железа для улучшения скорости и характеристик при низких температурах, а также к фосфату лития-марганца и фосфата лития-ванадия для улучшения характеристик цикла. Алюминиевая фольга с функциональным покрытием графена, ее фактические характеристики и обычная алюминиевая фольга с углеродным покрытием (A123 в сочетании с разработкой Henkel) не сильно увеличились, но стоимость и сложность процесса значительно увеличились, вероятность коммерциализации этой технологии очень мала. Из приведенного выше анализа ясно видно, что существует только два поля, в которых графен может играть роль в ионно-литиевых батареях: непосредственно для материалов отрицательных электродов и для проводящих добавок.
Перспектива индустриализации литиевых анодов все еще трудна.
Давайте сначала обсудим возможность использования одного графена в качестве материала литиевого анода. Кривые заряда и разряда чистого графена очень похожи на кривые материалов с твердым углеродом и активированным углем с высокой удельной поверхностью и имеют недостатки, связанные с очень низкой кулоновской эффективностью первого цикла, высокой платформой заряда и разряда, сильным потенциальным гистерезисом и плохой стабильностью цикла. Это основная электрохимическая характеристика неупорядоченных углеродных материалов с высокой удельной поверхностью.
Высококачественный графен имеет очень низкую плотность выпуска и уплотнения и является чрезвычайно дорогостоящим. Невозможно заменить графитовые материалы непосредственно в качестве отрицательных электродов для литий-ионных аккумуляторов. Поскольку один графен не может быть использован в качестве отрицательного электрода, как насчет графеновых композитных анодных материалов?
Графен и другие новые анодные материалы, такие как материалы на основе кремния и олова и соединения переходных металлов, образующие композитный материал, в настоящее время являются самой популярной областью исследований «нано-лития», опубликованной тысячами статей за последние несколько лет. Принцип рекомбинации, с одной стороны, заключается в использовании гибкости графеновых листов для сдерживания объемного расширения этих материалов электродов большой емкости во время цикла.С другой стороны, отличная электропроводность графена может улучшить электрический контакт между частицами для уменьшения поляризации. Эти факторы могут улучшить электрохимические характеристики композита.
Однако это не значит, что только графен может достигать результатов улучшения.Практический опыт показывает, что аналогичные технологии и процессы из композитных материалов с обычным углеродным материалом могут достигать аналогичных или даже лучших электрохимических характеристик. Например, Si / C композитный анодный материал, композитный графен, не значительно улучшает электрохимические свойства материала по сравнению с обычным сухим композитным процессом, но увеличивает сложность процесса из-за дисперсии и совместимости графена. Это влияет на стабильность партии.
Если стоимость материала, производственный процесс, технологичность и электрохимические характеристики всесторонне рассмотрены, вероятность того, что графеновый или графеновый композитный материал фактически используется для отрицательного электрода литиевой батареи, мала, и перспективы индустриализации являются трудными.
Нет очевидного преимущества в качестве проводящего агента.
Давайте поговорим о дополнительной проблеме графена, используемого для проводящих агентов.В настоящее время проводящими агентами, обычно используемыми в литиевых батареях, являются проводящая сажа, ацетиленовая сажа, черная кетджен, Super P и т. Д. Теперь производители батарей начинают использовать углеродное волокно (VGCF) для силовых батарей. И углеродные нанотрубки (УНТ) в качестве проводящего агента.
Принцип использования графена в качестве проводящего агента заключается в его превосходной способности переносить электроны благодаря его особой структуре двумерной высокой удельной поверхности. Исходя из текущих данных испытаний, VGCF, CNT и графен имеют более высокие показатели скорости, чем Super P, но разница в электрохимических характеристиках между ними невелика, а у графена - нет. Показывает явное преимущество.
Итак, возможно ли добавить графен, чтобы улучшить характеристики материала электрода? Ответ очень смущает. Взяв в качестве примера батарею iPhone, увеличение емкости батареи происходит в основном из-за увеличения рабочего напряжения LCO, которое увеличивает верхнее предельное зарядное напряжение с 4,2 В до 4,35 В на текущем i-Phone 6, делая емкость LCO от 145 мАч / г. Постепенно увеличивайте до 160-170 мАч / г (LCO высокого давления необходимо модифицировать с помощью объемного фазового покрытия и поверхностного покрытия), эти улучшения не зависят от графена. Другими словами, если вы используете оксид лития-кобальта высокого давления с напряжением отсечки 4,35 В и емкостью 170 мАч / г, то, сколько графена вы добавите, не увеличит емкость кобальта лития до 180 мАч / г, не говоря уже о том, чтобы увеличить ее в несколько раз. Так называемая «графеновая батарея» емкостью. Можно ли добавить графен для увеличения срока службы батареи? Это тоже неловко. Графен имеет большую удельную площадь поверхности, чем УНТ, и только большое количество SEI образуется в отрицательном электроде для потребления ионов лития, поэтому УНТ и графен обычно можно добавлять только к положительному электроду для улучшения скорости и характеристик при низких температурах.
Так что насчет стоимости? В настоящее время стоимость производства высококачественного графена по-прежнему высока, и так называемые дешевые «графеновые» продукты, представленные на рынке, представляют собой в основном графитовые наноленты (доля слоев в порошке превышает десять слоев). Если вы сравните графен и УНТ, мы обнаружим, что они имеют поразительное сходство, и все они имеют почти одинаковую «особую производительность». Эти «магические свойства» УНТ теперь полностью применяются к графиту. На теле. CNT начали нагреваться на международном уровне в конце прошлого века, достигнув апогея между 2000 и 2005 годами. У УНТ, как говорят, есть много функций, и есть много "уникальных особенностей" в области литиевых батарей.
Но по прошествии более 20 лет я не видел в реальном масштабе времени применения этих «специфических характеристик» УНТ. Что касается литиевой батареи, CNT используется только в качестве проводящего положительного электрода.В последние два года было начато мелкомасштабное испытание для силовой батареи LFP (соотношение цена / качество по-прежнему не так хорошо, как для VGCF), а силовая батарея LFP предназначена для того, чтобы стать основным техническим маршрутом для электромобилей. По сравнению с УНТ графен обладает очень похожими электрохимическими свойствами, особых затрат нет. Производственные затраты выше, загрязнение окружающей среды более серьезное в процессе производства, а фактические эксплуатационные и технологические характеристики более сложны. Нынешняя так называемая «графеновая батарея» - это спекуляция, и не так уж много тихих НИОКР, большинство из которых выбирают «экономику быстрого питания». Сравнивая УНТ и графен, «история всегда похожа!»
Какова реальная перспектива применения графена? Будущее применение графена на ионно-литиевых батареях сложно. По сравнению с литий-ионными батареями перспективы применения графена в суперконденсаторах, особенно в микро-суперконденсаторах, кажутся немного более надежными, но мы все еще должны проявлять бдительность в отношении некоторой академической рекламы.
Фактически, после прочтения многих из этих так называемых «научных достижений», вы обнаружите, что многие профессора намеренно или непреднамеренно путают некоторые основные понятия в своей статье. Коммерчески доступные суперконденсаторы с активированным углем обычно имеют плотность энергии 7-8 Вт · ч / кг, что относится к плотности энергии устройства всего суперконденсатора, содержащего все компоненты. Прорывы, упомянутые профессорами, обычно относятся к плотности энергии материалов, поэтому фактическое сверхэлектричество графена далеко не так хорошо, как упомянуто в статье.
Условно говоря, стоимость микро-суперконденсаторов не такая строгая, как у обычных конденсаторов. В качестве электрохимически активных материалов используются графеновые композиты, и выбирается подходящий ионно-жидкий электролит. Можно получить как обычные конденсаторы, так и литий-ионные аккумуляторы. Превосходные устройства накопления энергии могут иметь определенную прикладную ценность в нишевой области, такой как микроэлектромеханические системы (MEMS).
Есть ли какие-нибудь реальные новости о новостях графеновой батареи?
Есть много новостей о графеновых батареях, таких как графеновая батарея, использованная в первом графеновом мобильном телефоне в Китае. Вначале автор узнал, что, по словам основателя и генерального директора Tesla Элона Маск в 2014 году, Tesla готовится к повышению производительности Model S, будущего кроссовера Model X и доступной электрической модели 3.
«Дальность плавания нашего автомобиля, вероятно, превысит 500 миль. На самом деле наш прогресс очень быстрый, но цена автомобиля может возрасти. В ближайшем будущем дальность пробега электромобилей Tesla, как ожидается, снова увеличится». Об этом он заявил в интервью британскому автомобильному еженедельнику «Авто Экспресс».
Маск не раскрывает детали плана, но согласно многочисленным сообщениям средств массовой информации, «супер батарея» из графена может быть ключом к реализации плана Теслой. Автор обыскал несколько иностранных сообщений, и все они сказали, что новости произошли из сообщений китайских СМИ. Ясно, что Маск не говорил об использовании графеновых или графеновых батарей.Китайские журналисты написали отчет об использовании Теслой «графеновых батарей» в качестве следующего поколения батарей электромобилей.
Другой является графеновая батарея в Испании. Испанец утверждает, что литиевая батарея (которая основана на самых передовых) имеет удельную энергетическую ценность 180 Вт / кг, в то время как графеновая батарея имеет удельную энергию более 600 Вт / кг. Другими словами, он имеет в три раза больше электроэнергии, хранящейся на рынке. Батарея также имеет длительный срок службы, а срок ее службы в четыре раза больше, чем у обычной NiMH-батареи, что вдвое больше, чем у литий-ионной батареи. Электромобили, которые используют его для обеспечения электричества, могут проехать до 1000 километров. Для полной зарядки требуется менее восьми минут.
Тем не менее, никто на самом деле не видел продуктов компании, даже не могут быть найдены соответствующие базовые параметры, такие как кривые заряда и разряда, среднее напряжение и т. Д. Согласно моим собственным знаниям о литиевых батареях, этого невозможно достичь, если в батарее все еще используется встроенный принцип реакции обычных литий-ионных батарей. Кроме того, если это аккумулятор вторичного воздуха, использующий графен, его явно не называют «батареей графена». Что касается испанской графеновой батареи, то это правда или ложь, то есть «доброжелатель видит мудрого и видит мудрость».
Также поместите две новости:
Первая новость: в Гонконге 120 человек оказались в ловушке инвестиционной аферы с участием графена, в которую вовлечено 67 миллионов! Полиция Гонконга обнародовала сообщение о том, что двое мужчин были арестованы по обвинению в мошенничестве с 120 людьми на сумму 67 млн гонконгских долларов. Они утверждали, что инвестировали в высокотехнологичное зарядное устройство для мобильных телефонов (мобильное устройство), изготовленное из волшебного материала под названием графен. , По данным Гонконгского бюро по коммерческим преступлениям, мошенники утверждают, что графен - это революционный материал, который вызовет следующую технологическую революцию как приманку для привлечения жертв.
Вторая новость: «Зарядка 5 секунд разговора в течение 2 часов! Университет Чжэцзян разработал новую алюминиевую графеновую супер батарею» - 24 декабря эта новость вызвала бурную горячую дискуссию в Интернете. Тем не менее, в ответ на это заявление, команда факультета науки о полимерах и инженерии Университета Чжэцзян в интервью журналу Legal Evening News и журналистам 25-го числа заявила, что «зарядка за 5 секунд разговора в течение 2 часов» на самом деле является лишь перспективой исследования. «Если вы действительно сделаете продукт в будущем, все еще есть надежда на него, но в настоящее время он не реализован».
В настоящее время многие графены, производимые многими производителями на рынке, имеют различное количество графитовых листов. На поверхности много дефектов и функциональных групп. Будь то проводимость, теплопроводность или механические свойства, он отличается от графена, удостоенного Нобелевской премии. Кроме того, некоторые производители добавляют большое количество поверхностно-активных веществ в производственный процесс, а некоторые поверхностно-активные вещества оказывают большое влияние на проводимость порошка. В настоящее время многие «графены» фактически имеют проводимость исходного сырья - графит не так хорош, как! Кроме того, большое количество поверхностно-активного вещества, содержащегося в порошке, позволяет производителям ниже по течению полностью учитывать влияние этих добавок во время использования. Мы часто говорим, что под десятью слоями графена находится графен, но для производителей порошка графена это должно быть отражено в отчете ниже доли десяти слоев. Если производители графеновых порошков не могут производить высококачественный графен, как насчет прорывов в применении? Установление стандарта графена в кратчайшие сроки позволит промышленности развиваться в благоприятном направлении.
С 2007 года в рамках проекта систематически применяются методы химического осаждения из паровой фазы (CVD) и химического окисления для подготовки высококачественных графеновых материалов и их фундаментальные исследования в области накопления энергии, оптоэлектроники и композиционных материалов. Сексуальные результаты: Предложен метод CVD, ориентированный на шаблон, с использованием пористого металла в качестве субстрата для роста, чтобы подготовить материал трехмерной сетевой структуры с высокой проводимостью и гибким графеном, а также был разработан высокоэффективный эластичный проводник на основе материала и легкий и эффективный гибкий электромагнитный экран. Материалы расширяют физические свойства и области применения графена. Выявлена кинетика роста графена, зависящая от границы, изготовлен высококачественный монокристаллический графен первого порядка, изобретен универсальный электрохимический метод переноса газовых пузырьков без потерь, который закладывает основу для применения графена в оптических / электронных устройствах. фундамент. Комбинируя структурные характеристики графена и оксидов металлов с высокой емкостью, идея объединения этих двух предложена для получения высокопроизводительных композитных электродных материалов на основе наночастиц оксида графена с якорем для литий-ионных батарей и суперконденсаторов. Синергетическое накопление энергии между людьми. Предложены метод быстрого расщепления и восстановления с использованием быстрого нагрева в водородной дуге, а также высокоэффективный и неразрушающий метод восстановления иодистоводородной кислоты, который значительно улучшил электропроводность восстановленного материала на основе оксида графена, что послужило основой для получения накипи и нанесения графена.
прогноз
С точки зрения научных исследований и инноваций, это долгий путь, трудный марафонский бег. Что касается графеновой промышленности, то она только началась. Необходимо показать уникальную эффективность использования графена. Это также требует большой научно-исследовательской работы и огромной работы. Никаких реальных технологических инноваций, сложных исследований и долгосрочных исследований не существует. Промышленность графена не может быстро достичь того процветания, которого мы ожидаем.
Любая новая вещь не может быть плавной, и это не может быть сделано за одну ночь. Графен существует только более 10 лет, и он все еще находится в развивающейся «юношеской эре». Путь «роста» и «развития» в будущем все еще очень длинен. Ему нужны все аспекты практического, нет Забудьте первоначальное сердце и приложите неустанные усилия. Как производитель графена, вы должны стремиться к технологическому прорыву в производстве надежного порошка графена. Как нижестоящее приложение, оно должно быть основано на предшествующем производителе, чтобы действительно отражать роль графена в продукте.
