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石墨烯超級(jí)電容器或代替鋰電池改變汽車未來駕駛

時(shí)間:2015-10-29 09:13來源:環(huán)球網(wǎng) 作者:西顧

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據(jù)英國媒體報(bào)道，研究人員對石墨烯進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，或?qū)⒋驿?a href='http://www.m.astra-soft.com/shushuo/dc/' target='_blank'>電池，減少充電時(shí)間，引領(lǐng)電動(dòng)車進(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，但若沒有發(fā)電機(jī)為其充電，電動(dòng)車根本走不了太遠(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)汽車難以真正與汽油車和柴油車進(jìn)行競爭。

　　許多人嘗試解決這一問題，均以失敗告終。來自韓國光州科學(xué)技術(shù)研究所的Lu Wu對現(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，解決電池問題。嚴(yán)格地說，盧博士和他的同事們在研究超級(jí)電容而非電池，超級(jí)電容是一種將類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)過進(jìn)一步處理過剩氧之后，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)充滿電。將石墨烯數(shù)量增加至一輛車的需要時(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)汽車遇到的充電問題。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)明顯超過它。超級(jí)電容器的持續(xù)實(shí)踐還有待觀察，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駕駛的未來。

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