グラフェンの見通しは？

グラフェンは、炭素原子で構成されたハニカム格子を持つ六角形の平面フィルムです。それは現在、世界で最も薄くて最も硬いナノ材料です。その熱伝導率は、カーボンナノチューブやダイヤモンドよりも高くなっています。室温では、その電子移動度はカーボンナノチューブやシリコン結晶よりも高く、抵抗率は銅や銀よりも低くなっています。

グラフェンは、世界で最も薄く、最も硬く、最も熱く、最も導電性の高い材料です。

2004年にアンドレイ・ハイムとコンスタンチン・ノボセロフがグラファイトをテープで引き裂いた「引き裂き」だったと言われています。どちらも「2次元グラフェン」のために英国のマンチェスター大学の物理学者でした。材料の画期的な実験は、2010年のノーベル物理学賞を受賞しました。

その後、グラフェンは魔法の材料として広く知られていました。過去2年間で、グラフェンも国内で解雇されました。統計によると、2016年に中国のグラフェン市場全体の規模は40億元を超え、グラフェン関連製品の売上高は約30億元に達しました。グラフェン業界の技術革新のための戦略的提携によると、中国のグラフェン市場は2017年に急速に拡大し、100億元を超えると予想されており、グラフェンの世界最大の消費者となっています。

グラフェンはすぐにすべての人生の歩みから支持を受けました。特に、グラフェンバッテリーが「5分間充電して1000キロ走る」と一般に知られている電気自動車では、母は私の持久力を心配する必要がなくなりました。

では、グラフェンバッテリーとは一体何なのでしょう？

グラフェン電池のエネルギー密度は最大600Wh / kgですが、リチウム電池（最新のものに基づく）の比エネルギー値は180 Wh / kgです。

言い換えれば、電気自動車がパワーセルバッテリーの総エネルギーを達成したい場合、グラフェンセルの重量は通常のパワーセルの8分の1にすぎません（グラフェンセル自体は従来の半分の重量にすぎません）電池）。理論的には、その耐用年数も従来の水素化電池の4倍、リチウム電池の2倍です。

ただし、純粋なグラフェン電池は現在ウィキペディアで定義されていません。スペインのグラフェンナノとコルドバが協力した有名なグラフェンバッテリーでさえ、2015年に自慢が始まった後、大量生産用の髪の毛を見つけるまでに2倍の時間を与えました。

現在、市場に出回っているいわゆるグラフェン電池のほとんどは、リチウム電池などの電池の一部のグラフェンに技術的に添加されており、支持材料として使用されることが多くなっています。

リチウムイオン電池でのグラフェンの可能な（しかし可能な唯一の）用途を見てみましょう。

負極として：

1、ネガティブマテリアルにはグラフェンのみ。

2、複合材料を形成するためのシリコンおよびスズベースの材料および遷移金属化合物などの他の新しい負極性材料。

3、負極導電性添加剤。

グラフェンはリチウム電極材料として単独で使用できますか？

リチウム電池アノードの工業化見通しとして使用

純粋なグラフェンの充放電曲線は、比表面積の大きい硬質炭素および活性炭材料の曲線と非常に似ています。どちらにも、最初のサイクルのクーロンの効率が非常に低い、充電および放電プラットフォームが高い、深刻な潜在的な遅れ、およびサイクルの安定性が低いという欠点があります。これらの問題は、実際には、高比表面積の無秩序な炭素材料の基本的な電気化学的特性です。

グラフェンの圧縮と圧縮密度は非常に低く、コストは非常に高くなります。リチウムイオン電池の負極としてグラファイト材料を直接置き換える可能性はありません。グラフェンを負極として単独で使用することは不可能なので、グラフェン複合負極材料はどうですか？

グラフェンや、シリコンやスズベースの材料、遷移金属化合物形成複合材料などの他の新しい負極性材料は、現在「ナノメートルリチウム電気」の最も人気のある研究分野であり、過去数年間に数千の論文を発表しています。配合の原理は、グラフェン層の柔軟性を使用して、サイクル中のこれらの大容量電極材料の体積膨張を緩衝することです。一方、グラフェンの優れた電気伝導率は、材料粒子間の電気的接触を改善して分極を低減することができます。これらすべての要因により、複合材料の電気化学的特性を向上させることができます。

ただし、グラフェンだけが改善された結果を達成できるわけではありません。従来の炭素材料複合技術とプロセスを使用して、同様の、またはさらに優れた電気化学的特性を実現できます。たとえば、Si / C複合負極材料は、通常の乾式複合プロセスと比較して、複合グラフェンは材料の電気化学的性能を大幅に改善しませんが、グラフェンの分散と互換性の問題により、プロセスの複雑さが増します。 。そして、バッチの安定性に影響を与えます。

材料費、製造工程、加工性、電気化学的性質を考慮すると、リチウムの電気陰性度にグラフェンまたはグラフェン複合材料が実際に使用される可能性は非常に低いです。

正極として：

主にリン酸鉄の正極に添加する導電剤として使用され、増倍剤と低温性能を向上させます。リン酸マンガンリチウムおよびリン酸バナジウムリチウムに添加されたサイクリング特性の改善に関する研究もあります。

導電剤として使用することに明らかな利点はありません

グラフェンが導電剤として使用される可能性について話を続けましょう。現在、リチウム電気で一般的に使用されている導電剤には、導電性カーボンブラック、アセチレンブラック、コリアンダーブラック、Super-Pなどがあります。電池メーカーも導電性としてカーボンファイバー（VGCF）とカーボンナノチューブ（CNT）を使用し始めています。パワーバッテリーのエージェント。

グラフェンを導電剤として使用する原理は、二次元の高比表面積という特殊な構造によってもたらされる優れた電子伝達能力です。蓄積された試験データによると、VGCF、CNT、グラフェンはいずれもSuper-Pに比べて倍率性能に一定の改善が見られますが、電気化学的性能の差は小さく、グラフェンには明らかな利点はありません。

では、グラフェンを追加して電極材料を爆発させることは可能ですか？答えはいいえだ。例としてiPhoneのバッテリーを取り上げます。バッテリー容量の増加は、主にLCOの動作電圧の増加によるもので、現在のi-Phone6の上限充電電圧が4.2Vから4.35Vに増加します。これにより、LCOの容量が145 mAh / gから160-170mAh / gに徐々に増加し（高圧LCOは、体相ドーピング、表面コーティング、およびその他の変更措置を経る必要があります）、これらの改善はグラフェンとは関係ありません。

つまり、カットオフ電圧が4.35 V、容量が170 mAh / gのコバルト酸リチウムを使用する場合、グラフェンをどれだけ追加しても、コバルト酸リチウムの容量を180 mAh / gに増やすことはできません。容量が数倍になる傾向がある、いわゆる「グラフェン電池」は言うまでもありません。グラフェンを追加すると、バッテリーのサイクル寿命を延ばすことができますか？これも不可能です。グラフェンはCNTよりも表面積が大きく、負極を追加するとSEIが多くなり、リチウムイオンが消費されるため、倍率と低温性能を向上させるために、CNTとグラフェンは一般に正極にのみ追加できます。

ただし、グラフェンの表面にある豊富な官能基は、グラフェンの表面にある小さな傷です。添加量が多すぎると、バッテリーのエネルギー密度が低下するだけでなく、電解液の吸収量も増加します。一方で、電解質との副反応を増加させ、循環に影響を与えます。セックスは安全上の問題を引き起こすことさえあります。費用はどうですか？現在、グラフェンの製造は非常に高価であり、市場に出回っているいわゆる安価な「グラフェン」製品は基本的に酸化グラフェンです。

酸化グラフェンでさえCNTよりも高価であり、CNTはVGCFよりも高価です。また、フラグメンテーションと加工性の点で、VGCFはCNTやグラフェンよりも操作が簡単です。これが昭和電機産業のVGCFが徐々にパワーセル市場に参入している主な理由です。グラフェンは導電性添加剤として使用されており、現在、価格性能の点でCNTやVGCFには利点がないことがわかります。

グラフェンの実際の用途は何ですか？

リチウムイオン電池へのグラフェンの将来の応用はほとんど見通しがありません。リチウムイオン電池と比較して、スーパーキャパシター、特にミニチュアスーパーキャパシターに対するグラフェンのアプリケーションの見通しは、わずかに信頼性が高いように見えますが、それでもいくつかの学術的な誇大宣伝に注意する必要があります。

実際、これらのいわゆる「学術的ブレークスルー」の多くを見ると、多くの教授が論文のいくつかの基本的な概念を意図的または意図せずに混乱させていることがわかります。現在、市販の活性炭スーパーキャパシタのエネルギー密度は7〜8Wh / kgです。これは、すべてのコンポーネントを含むスーパーキャパシタ全体のデバイスエネルギー密度を指します。教授が言及したブレークスルーは、一般的に材料のエネルギー密度に言及しているため、実際のグラフェン超大国の供給は、論文で言及されているほど良くありません。

対照的に、マイクロスーパーキャパシタのコスト要件は、通常のキャパシタほど厳密ではありません。グラフェン複合材料は電気化学的活物質として使用され、適切なイオン液体電解質が選択されます。従来のコンデンサとリチウムイオン電池の両方の利点を実現することが可能です。エネルギー貯蔵装置、微小電気機械システム（MEMS）などのニッチな分野では、（可能な限り）何らかの応用価値があるかもしれません。

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