石墨烯在電池中的應用

石墨烯在電池中的應用

歐盟石墨烯旗艦計劃第9工作組致力于開發創新的實驗路線，使石墨烯基材料能夠在未來用于能源轉換和儲存裝置，如光伏電池和燃料電池。

添加石墨烯的鈣鈦礦光伏電池是工作組9的核心問題。太陽能電池含有一種具有鈣鈦礦結構的化合物，用于光捕獲。鈣鈦礦是一種通式為abx3的陶瓷化合物。在鈣鈦礦太陽能電池中，石墨烯或其他2d材料被用作透明電極來代替銦。氧化錫（ITO）薄膜可以提高設備效率，大大降低制造成本。除了石墨烯外，合適的二維材料還包括二硫化鉬、二硫化鎢和硒化鎢。鈣鈦礦技術的另一個優點是可以部分降低濕法工藝的成本。這種先進的技術同時也解決了太陽能電池在長期輻射下的穩定性等問題。

羅馬Tor Vergata大學第九工作組的研究員Aldo Di Carlo回到了鈣鈦礦光伏電池的制造過程中，試圖將石墨烯和相關材料整合到電池的不同組分中，普通的實驗方法得到了超出預期的結果。研究人員發現，含石墨烯功能化組件的太陽能電池已經顯著提高了性能。

迪卡洛和他的學院向你展示了石墨烯和相關材料添加劑的作用。一方面，通過提高電池兩極的光載流子傳輸率，提高了光子轉換效率；另一方面，提高了太陽能電池的穩定性；另外，染料敏化太陽能電池中鉑改性的對電極價格昂貴。在此基礎上，討論了用石墨烯替代石墨烯的可能性，使太陽能電池的制造更簡單、更可持續。

劍橋大學的化學家最近宣布了鋰氧電池在媒體發展方面的突破。發表在《科學》上的文章還描述了石墨烯如何提高鋰氧電池的容量、能效和穩定性，這種新型鋰氧電池的理論能量密度是鋰離子電池在移動設備中廣泛使用的10倍以上。

與最先進的可充電電池相比，鋰氧電池具有明顯的優勢，然而，在高功率應用中實現當前可行的、有選擇性的技術之前，鋰氧電池的發展仍然是一個挑戰，劍橋的研究人員使用多孔石墨烯電極來代替普通的石墨烯電極。鋰氧示范電池中的石墨電極。

劍橋大學研制的鋰氧電池在化學機理上與以前的無水鋰空氣電池有很大的不同，由于添加了碘化鋰，鋰氧電池的化學反應明顯較低，這些化學反應會使電池降解，因此研制的鋰氧電池在化學機理上與以前的無水鋰空氣電池有很大的不同。劍橋大學在多次充放電循環中表現出更好的穩定性。研究人員已經將充放電之間的壓差降低到0.2伏，壓差越小，電池的能效就越高。之前對鋰空氣電池的嘗試已經限制了壓差對電池性能的影響。壓力在0.5到1.0之間，而0.2伏更接近鋰離子電池的壓差，能效為93%。

項目負責人克萊爾·格雷說：我們的實驗結果無疑給這項技術帶來了巨大的推動。雖然我們還沒有解決所有固有的化學問題，但我們的研究成果為電池設備的實際開發指明了方向。格雷的鋰氧電池技術已獲得專利，并將通過劍橋的業務部門劍橋企業進一步推廣。

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