グラフェンベースの材料の長所と短所は何ですか？

近年、高性能の電気化学エネルギー貯蔵装置の需要が大幅に増加しているため、多くの学者がより優れた電極材料の開発と研究に投資し始めています。グラフェンベースの材料は、この点で多くの注目を集めています。グラフェンベースの材料は、既存のデバイスの性能を向上させ、次世代のデバイスをより実用的にすることができる有望な高性能電極材料と見なされています。

炭素材料はさまざまなエネルギー貯蔵装置で広く使用されており、非常に重要な役割を果たしています。しかしながら、多孔質炭素材料およびナノ炭素材料の密度が低いため、高炭素含有電極の貯蔵密度は常に非常に低く、その結果、体積エネルギー密度が低くなる。

グラフェンは同じ問題に直面しますが、さらに悪いことに、グラフェンと電極構造の設計の制御された組み合わせにより、高密度のグラフェンベースの電極が得られる可能性があります。さらに、多くの場合、組み立てられた統合グラフェンベースの電極には導電剤やバインダーが含まれていないため、体積エネルギー密度をさらに高めることができます。

グラフェンベースの材料は有望であり、グラフェンベースの材料を電極材料として使用する機会と課題があります

電気化学エネルギー貯蔵デバイスの潜在的な電極材料として、グラフェンは他の従来の炭素材料やナノ炭素材料に比べて多くの利点があります。安定した物理構造、大きな比表面積、優れた電気伝導率を備えたグラフェンは、ほとんどの電気化学エネルギー貯蔵デバイスにほぼ最適な材料です。

さらに、グラフェンの出力性能も大幅に進歩しました。2次元の層状構造の使用は、さまざまな3次元構造に構築できますが、細孔構造も調整可能です。この論文では、液体リチウムイオン電池、リチウム硫黄電池、リチウム酸素電池、NIBおよびSCにおけるグラフェンベースの材料の用途をレビューしました。これらのデバイスにグラフェンを適用すると、パフォーマンスが大幅に向上することがわかりました。

グラフェンのいくつかの注目すべき利点は次のとおりです。

1.グラフェンは、非炭素材料に適用する場合に適した炭素基板です。その簡単な塗布と大きな比表面積により、他の活性成分をその表面にハイブリダイズして均一に分散させることが容易になり、これらの成分の利用率が大幅に向上します。さらに、グラフェンを使用して、2つの活性粒子間または電極全体でさえ相互接続された導電性ネットワークを構築することは簡単です。このようなネットワークは、電極循環の安定性を向上させるのに役立ちます。

2.デバイスに従来の炭素材料の代わりにグラフェンを使用することで、大量のエネルギー密度を実現できます。グラフェンは、大量のエネルギー密度のデバイスを組み立てるための潜在的なソリューションを提供します。

3.柔軟なグラフェンは、柔軟なエネルギー貯蔵装置を生産することが期待されています。グラフェンとその成分を使用して、柔軟性の高いコレクター流体を調製でき、脆い金属コレクター流体を置き換える方法を提供します。また、グラフェンを使用することにより、一体型のフレキシブル電極を作製することができ、繰り返し曲げる過程での流体収集活物質の分離の問題を解決するのに役立ちます。

上記に加えて、グラフェンは従来の炭素材料と比較してさまざまな優れた特性を備えており、さまざまな新しい電池システムの実用化を促進するのに役立つ可能性があります。最近の研究によると、高エネルギーの室温ナトリウム硫黄電池は、電極として炭素/硫黄複合材料を使用しています。グラフェンは、このような電池の性能をさらに向上させることが期待できます。グラフェンベースの複合材料は、空気亜鉛電池用の非常に効率的な電極触媒として使用できることもわかっています。これらの結果に基づいて、将来のエネルギー貯蔵アプリケーションにおけるグラフェンの大きな可能性を理解することは難しくありません。

グラフェンベースの材料は、電気化学エネルギー貯蔵装置（EESD）のアプリケーションで多くの利点がありますが、それらの実際のアプリケーションは完全には実現されておらず、まだいくつかの深刻な問題があります。グラフェンベースの材料が多くの実際のアプリケーションで妨げられる原因となるのは、これらの緊急の問題です。既存の課題を解決するには、理論計算と実験的研究を通じてさらに努力する必要があります。今後数年間で、グラフェンベースの材料の実用化においてさらなるブレークスルーがもたらされ、エネルギー貯蔵装置において革命的な進歩が達成されると考えられています。

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