超級(jí)電容電池

1、超級(jí)電容電池超級(jí)電容電池v鋰電池鋰電池 容量適中，比較環(huán)保，價(jià)格較貴，常用于手機(jī)相機(jī)電腦，但容易爆炸。容量適中，比較環(huán)保，價(jià)格較貴，常用于手機(jī)相機(jī)電腦，但容易爆炸。v鎳氫電池鎳氫電池 容量適中，但存在容量適中，但存在記憶效應(yīng)記憶效應(yīng)，現(xiàn)在多被鋰電池淘汰。，現(xiàn)在多被鋰電池淘汰。v鉛酸電池鉛酸電池 容量大，價(jià)格便宜，但制造和報(bào)廢都存在重金屬污染嚴(yán)重，車船等大容量大，價(jià)格便宜，但制造和報(bào)廢都存在重金屬污染嚴(yán)重，車船等大容量必備無可替代。容量必備無可替代。v普通化學(xué)干電池普通化學(xué)干電池 容量小，價(jià)格便宜，但制造和報(bào)廢都存在重金屬污染嚴(yán)重，相容量小，價(jià)格便宜，但制造和報(bào)廢都存在重金屬污染嚴(yán)重，相機(jī)小手電

2、等小家電用。機(jī)小手電等小家電用。v紐扣電池紐扣電池 容量小，體積小，但制造和報(bào)廢都存在重金屬污染嚴(yán)重，手表電腦等容量小，體積小，但制造和報(bào)廢都存在重金屬污染嚴(yán)重，手表電腦等用。用。普通電池普通電池概述概述我們心中的超級(jí)電池我們心中的超級(jí)電池是什么樣子？是什么樣子？ 真實(shí)案例真實(shí)案例 某男回到東北老家，發(fā)現(xiàn)某男回到東北老家，發(fā)現(xiàn)iPadiPad充不了電，怒找售后，結(jié)果被告知，在室外凍壞了，充不了電，怒找售后，結(jié)果被告知，在室外凍壞了，請(qǐng)放被窩里暖一暖再充。他回家一試，請(qǐng)放被窩里暖一暖再充。他回家一試，尼尼瑪，真行！瑪，真行！ 可能你家住海南，手機(jī)和平板電腦不可能被凍壞，那么接下來這個(gè)問題，不管你

3、可能你家住海南，手機(jī)和平板電腦不可能被凍壞，那么接下來這個(gè)問題，不管你在哪里，肯定都逃不掉在哪里，肯定都逃不掉電池電量不夠用！電池電量不夠用！ 是的，那該死的電池，早上出門明明充得滿滿的，結(jié)果半天不到，電量就快用完是的，那該死的電池，早上出門明明充得滿滿的，結(jié)果半天不到，電量就快用完了，而且，每次都在關(guān)鍵時(shí)刻沒電，好像成心跟你作對(duì)似的。了，而且，每次都在關(guān)鍵時(shí)刻沒電，好像成心跟你作對(duì)似的。 怎么辦？找地方充電？嗯，想要充滿，那先等上怎么辦？找地方充電？嗯，想要充滿，那先等上2 2、3 3個(gè)小時(shí)。帶移動(dòng)電源？好，個(gè)小時(shí)。帶移動(dòng)電源？好，不過包包里已經(jīng)裝了一大堆手機(jī)、平板、筆記本，你還嫌不夠重？不

4、過包包里已經(jīng)裝了一大堆手機(jī)、平板、筆記本，你還嫌不夠重？ 好吧，按照一般的電影劇本，這時(shí)候，該我們的英雄好吧，按照一般的電影劇本，這時(shí)候，該我們的英雄超級(jí)電池出場(chǎng)了！超級(jí)電池出場(chǎng)了！v放錯(cuò)圖了？放錯(cuò)圖了？v沒有，在超級(jí)英雄出場(chǎng)前，請(qǐng)?jiān)试S我最后再來點(diǎn)前戲。沒有，在超級(jí)英雄出場(chǎng)前，請(qǐng)?jiān)试S我最后再來點(diǎn)前戲。v這貨可以說是超級(jí)英雄的能量來源，大名鼎鼎的石墨烯（結(jié)構(gòu)圖）。如果你在科技界混過這貨可以說是超級(jí)英雄的能量來源，大名鼎鼎的石墨烯（結(jié)構(gòu)圖）。如果你在科技界混過兩口飯吃，我想你一定或多或少聽過它的威名。兩口飯吃，我想你一定或多或少聽過它的威名。v沒聽過？趕緊科普下，免得出門不好意思跟人打招呼。沒聽過

5、？趕緊科普下，免得出門不好意思跟人打招呼。v按照科學(xué)點(diǎn)的說法，石墨烯是一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的新材料，是碳原子以某按照科學(xué)點(diǎn)的說法，石墨烯是一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的新材料，是碳原子以某種復(fù)雜的形式，組成的六邊形呈蜂巢晶格狀的薄膜。種復(fù)雜的形式，組成的六邊形呈蜂巢晶格狀的薄膜。v說得簡(jiǎn)單點(diǎn)，就是只有一個(gè)碳原子厚的二維納米材料。說得簡(jiǎn)單點(diǎn)，就是只有一個(gè)碳原子厚的二維納米材料。v石墨烯是世界上最薄，但又最堅(jiān)硬的材料（和金剛石同一個(gè)元素，能不硬嘛），它的結(jié)構(gòu)石墨烯是世界上最薄，但又最堅(jiān)硬的材料（和金剛石同一個(gè)元素，能不硬嘛），它的結(jié)構(gòu)極穩(wěn)定，導(dǎo)熱性極高，電阻率極低，電子遷移速度極快，因

6、此，可以說是目前最理想的二極穩(wěn)定，導(dǎo)熱性極高，電阻率極低，電子遷移速度極快，因此，可以說是目前最理想的二維納米材料。維納米材料。如果你看不懂上面兩段在說什么，沒關(guān)系，那些是供你裝如果你看不懂上面兩段在說什么，沒關(guān)系，那些是供你裝X X時(shí)候用的，如時(shí)候用的，如果你不需要，那么來看看它的用途，比如我們的主角，超級(jí)電池。果你不需要，那么來看看它的用途，比如我們的主角，超級(jí)電池。 這是美國(guó)加州大學(xué)一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)研制的微型石墨烯超級(jí)電容（圓盤上那些小黑塊就是），這這是美國(guó)加州大學(xué)一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)研制的微型石墨烯超級(jí)電容（圓盤上那些小黑塊就是），這玩意最神奇的地方在于，它充電和放電速度，是常規(guī)電池的玩意最神奇的

7、地方在于，它充電和放電速度，是常規(guī)電池的10010010001000倍倍。這意味著什么？這意味著什么？如果你的手機(jī)用上它，充滿一次電大概只需要如果你的手機(jī)用上它，充滿一次電大概只需要5 5秒鐘，如果你新買的特拉斯用上它，充一次電秒鐘，如果你新買的特拉斯用上它，充一次電也就也就5 5分鐘左右。分鐘左右。更變態(tài)的是，由于它的元素和結(jié)構(gòu)特性，你的手機(jī)電量使用時(shí)長(zhǎng)可以用更變態(tài)的是，由于它的元素和結(jié)構(gòu)特性，你的手機(jī)電量使用時(shí)長(zhǎng)可以用“周周”來當(dāng)基本單位來當(dāng)基本單位，而且，不管你在北極南極還是撒哈拉沙漠，都不用擔(dān)心它會(huì)因?yàn)樘浠蛱珶岫T工。，而且，不管你在北極南極還是撒哈拉沙漠，都不用擔(dān)心它會(huì)因?yàn)樘浠蛱?/p>

8、熱而罷工。不過，不管是國(guó)外還是國(guó)內(nèi)，目前石墨烯超級(jí)電池都還停留在實(shí)驗(yàn)室階段，除了技術(shù)穩(wěn)定性不過，不管是國(guó)外還是國(guó)內(nèi)，目前石墨烯超級(jí)電池都還停留在實(shí)驗(yàn)室階段，除了技術(shù)穩(wěn)定性，另外一個(gè)關(guān)鍵原因是，另外一個(gè)關(guān)鍵原因是，石墨烯太貴石墨烯太貴！是的，即使以今天的制備工藝，品相好點(diǎn)的石墨烯，依舊可以賣到是的，即使以今天的制備工藝，品相好點(diǎn)的石墨烯，依舊可以賣到20002000元每克，要拿這么貴元每克，要拿這么貴的東西做電池，那只有是真正的土豪，才能完成的私人定制了。的東西做電池，那只有是真正的土豪，才能完成的私人定制了。當(dāng)然，制造工藝還是會(huì)不斷進(jìn)步。當(dāng)然，制造工藝還是會(huì)不斷進(jìn)步。比如在我國(guó)，中科院寧波材料

9、所就在和寧波墨西科技集團(tuán)合作，推進(jìn)石墨烯大規(guī)模制備技術(shù)比如在我國(guó)，中科院寧波材料所就在和寧波墨西科技集團(tuán)合作，推進(jìn)石墨烯大規(guī)模制備技術(shù)，相信用不了五年，石墨烯的生產(chǎn)成本，就會(huì)下降到我等普通民眾用得起的水平。，相信用不了五年，石墨烯的生產(chǎn)成本，就會(huì)下降到我等普通民眾用得起的水平。屆時(shí)，我想超級(jí)電池也會(huì)進(jìn)入普及的快車道，到那時(shí)候，你跟朋友打電話借錢的時(shí)候，就不屆時(shí)，我想超級(jí)電池也會(huì)進(jìn)入普及的快車道，到那時(shí)候，你跟朋友打電話借錢的時(shí)候，就不用擔(dān)任他以用擔(dān)任他以“手機(jī)沒電手機(jī)沒電”當(dāng)借口啦。當(dāng)借口啦。v研究人員還發(fā)現(xiàn)一種能夠輕松生產(chǎn)這種電池的方法，即采用標(biāo)準(zhǔn)研究人員還發(fā)現(xiàn)一種能夠輕松生產(chǎn)這種電池的方法

10、，即采用標(biāo)準(zhǔn)DVDDVD刻錄機(jī)?？啼洐C(jī)。v采用這項(xiàng)技術(shù)后，采用這項(xiàng)技術(shù)后，能用便宜材料，在能用便宜材料，在不到不到3030分鐘的時(shí)間分鐘的時(shí)間里，在一個(gè)單一的里，在一個(gè)單一的光盤上生產(chǎn)超過光盤上生產(chǎn)超過100100個(gè)微型超級(jí)電個(gè)微型超級(jí)電容器。容器。石墨烯石墨烯v 石墨烯是只有一個(gè)碳原子層厚度的石墨，碳原子通過石墨烯是只有一個(gè)碳原子層厚度的石墨，碳原子通過SP2SP2雜化成鍵，與周圍其他三個(gè)碳原雜化成鍵，與周圍其他三個(gè)碳原子以子以CCCC單鍵相連，同時(shí)每個(gè)碳原子剩有一個(gè)垂直于石墨烯平面的單鍵相連，同時(shí)每個(gè)碳原子剩有一個(gè)垂直于石墨烯平面的p p電子，未成對(duì)的電子，未成對(duì)的p p電子電子在與平面垂

11、直的方向形成在與平面垂直的方向形成軌道，可以在石墨烯晶體結(jié)構(gòu)中自由移動(dòng)，從而使得石墨烯具軌道，可以在石墨烯晶體結(jié)構(gòu)中自由移動(dòng)，從而使得石墨烯具有良好的導(dǎo)電性能。有良好的導(dǎo)電性能。 v左圖為高定向熱解石墨左圖為高定向熱解石墨(HOPG)(HOPG)； 右圖為從右圖為從HOPG HOPG 撕出來、置于厚度撕出來、置于厚度300 nm300 nm二氧化硅表面的二氧化硅表面的石墨烯，左下角淺色三角形為單層石墨烯，其余為石墨烯，左下角淺色三角形為單層石墨烯，其余為1 5 1 5 層不等。層不等。超級(jí)電池工作原理超級(jí)電池工作原理v將鋰金屬置于陽極。首次放電時(shí)，鋰金屬發(fā)生離子化，通過電解液向陰極遷移。離子通

12、過將鋰金屬置于陽極。首次放電時(shí)，鋰金屬發(fā)生離子化，通過電解液向陰極遷移。離子通過石墨烯表面的小孔，到達(dá)陰極。石墨烯表面的小孔，到達(dá)陰極。v現(xiàn)有的鋰離子電池電極擁有很多微孔，微孔越多，其中嵌入的鋰原子（或者離子）越多、現(xiàn)有的鋰離子電池電極擁有很多微孔，微孔越多，其中嵌入的鋰原子（或者離子）越多、電池容量越高。然而從正極鋰離子脫出到在負(fù)極完成鋰離子嵌入電池容量越高。然而從正極鋰離子脫出到在負(fù)極完成鋰離子嵌入 （充滿）到碳層的微孔（充滿）到碳層的微孔中需要的時(shí)間也就越長(zhǎng)。這也是目前大部分電池充電速度比較慢的原因。中需要的時(shí)間也就越長(zhǎng)。這也是目前大部分電池充電速度比較慢的原因。普通鋰電池工作原理普通鋰電池工作原理v鋰離子電池一般是使用鋰合金金屬氧化物為正極材料、石墨為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)鋰離子電池一般是使用鋰合金金屬氧化物為正極材料、石墨為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)的電池。的電池。v充電正極上發(fā)生的反應(yīng)為充電正極上發(fā)生的反應(yīng)為vLiCoO2=Li(1-x)CoO2+XLi+Xe-(LiCoO2=Li(1-x)CoO2+XLi+Xe-(電子電子) )v充電負(fù)極上發(fā)生的反應(yīng)為充電負(fù)極上發(fā)生的反應(yīng)為v6C+XLi+Xe- = LixC66C+XLi+Xe- = LixC6v充電電池總反應(yīng)：充電電池總反應(yīng)：L