グラフェンリチウム電池のしくみ、グラフェン電池のしくみ

内容は次のとおりです。グラフェン表面と電極間のリチウムイオンの高速かつ大量のシャトル運動を利用して、新エネルギー電池を開発しました。時間（時間、日）と飽和塩化銅溶液中のグラフェン電池によって生成される電圧との関係。

マイクログラフェンウルトラキャパシターの技術革新は、バッテリーの革新的な開発と言えます。現在、ミニチュアコンデンサの主な製造方法はプレート印刷技術であり、多くの人手とコストがかかり、製品の商業化を妨げています。これで、標準のDVDバーナーから、または自宅でさえ、安価な材料を使用して、1枚のディスクに100を超える小さなグラフェンスーパーキャパシタを30分で作成できます。

周囲熱を利用したグラフェン電池の自己充電実験

時間（時間、日）と飽和塩化銅溶液中のグラフェン電池によって生成される電圧との関係。

結果として得られる回路には、リボングラフェンに配線されたLEDが含まれています。彼らは、溶液中の塩化銅（塩化銅）にグラフェンを置くだけです。 LEDが点灯しています。実際、この画像を取得するには、必要な2Vを生成し、LEDライトを輝かせるために、直列に6つのグラフェン回路が必要でした。

ここで起こっていることは、xuと彼の同僚は、二重の正電荷を持つ銅イオンが、室温での溶液の熱エネルギーのために、毎秒約300メートルの溶液の中を移動しているということです。イオンがグラフェンベルトに衝突すると、衝突によって電子がグラフェンに入らないようにするのに十分なエネルギーが生成されます。電子には2つのオプションがあります。グラフェンバンドを離れて銅イオンに結合するか、グラフェンを通過して回路に入ることができます。

電子は溶液を通過するよりもグラフェン内を速く流れるため、電子は自然に回路を通過します。 LEDライトが「電解質に入るよりもグラフェン表面を通過する可能性が高い電子を放出するのはこの少量の光です。これがデバイスが電圧を生成する方法です」とXu氏は述べています。

その結果、デバイスによって生成されるエネルギーは、周囲の環境の熱から発生します。溶液を加熱するだけで電流を増やしたり、超音波で銅イオンを加速したりできます。周囲の熱だけを使用して、彼らはグラフェンバッテリーを20日間稼働させ続けることができました。しかし、重要な疑問符があります。もう1つの仮説は、通常のバッテリーと同じように、化学反応によって電流が発生するというものです。

しかし、xuと彼の同僚は、いくつかの制御された実験を行ったため、これを除外したと述べました。ただし、これらはいくつかの補足資料で紹介されており、arXivWebサイトには表示されていません。他の誰かが真剣な発言をする前に、彼らは公にされる必要があります。一見すると、これは非常に重要な成果のように見えます。他の人々もグラフェンに流れを作り出しましたが、水をグラフェンに流すだけなので、移動するイオンがこの効果をもたらすことはそれほど驚くことではありません。これは、周囲の熱によってのみ電力が供給される、クリーンでグリーンなバッテリーの前兆です。 「これは、自己駆動型テクノロジーの研究における大きな進歩を表しています」とxu氏らは述べています。

科学の普及：

1.グラフェン電池は、リチウム電池またはその他の誘電体電池であると言う方法にすぎません。

グラフェンは、それだけでは電気を蓄えられない極薄の素材です。これは主にバッテリーの2つの極で材料を分離するために使用されるため、電子が非常に簡単に通過できます。言い換えれば、バッテリーの内部抵抗は非常に小さいので、バッテリーは非常に速く充電されます。

3.上記の知識があれば、同じサイズのグラフェンバッテリーの場合、急速充電回路を設計する必要があるため、その容量にはあまりメリットがなく、デメリットさえないことがわかります。そのため、異常なデザインを除いて、グラフェン電池を10日半使用することはできません！

4.グラフェン電池の主な利点は、寿命と充電速度にあります。テスト後、グラフェン電池の充電と放電は15％以内で2000倍の減衰率、通常のリチウム電池と比較して約40〜80％、充電速度5000 mahは、回路設計が理論的に満たすことができれば、30分でいっぱいになる可能性があります5秒以内ですが、充電速度のボトルネックはバッテリー自体ではなく、充電器とケーブルで非常に高い電力に到達するために、電力伝送ラインは大きなテストです。

誤解を招く人々を理解していない...百度百科事典：グラフェンバッテリー

1）グラフェンの比表面積は非常に大きく（2630m2 / g）、バッテリーの分極を減らすことができるため、分極によるエネルギー損失を減らすことができます。

2）グラフェンは、優れた電気伝導性と熱伝導性を備えています。つまり、優れた電子伝送チャネルと安定性を備えています。

3）グラフェンシート層のスケールはナノマイクロレベルであり、バルクグラファイトのスケールよりもはるかに小さいため、グラフェンシート間のLi +の拡散経路が減少します。ラメラ間隔の増加は、Li +の拡散透過とリチウムイオン電池の電力性能の向上にも役立ちます。

グラフェンバッテリーはどのように機能しますか？リチウムイオン電池のアノード材料へのグラフェンの応用

リチウムアノードおよびカソード電極材料におけるグラフェンの用途と利点を以下に要約します。

1.リチウムイオン電池のアノード材料へのグラフェンの応用

グラフェンはリチウムイオン電池の正極材料として直接使用されています

グラフェン直接リチウム貯蔵の利点：1）高い比容量：リチウムイオンはグラフェンに非化学量論的に埋め込まれていますか？ 700〜2000mAh / gまでの取り外し可能な比容量。 2）高い充電および放電速度：多層グラフェン材料の層間の距離は、グラファイトの層間の距離よりも大幅に大きく、リチウムイオンの迅速な埋め込みおよび埋め込み解除を促進します。ほとんどの研究では、グラフェン負極の容量が約540mA・h / gであることも示されています。ただし、表面の多数の酸素含有基の分解や充放電過程でのLi +との反応により、電池容量が低下し、乗算器の性能にも大きな影響を与えます。

ヘテロ原子ドーピングによって引き起こされる欠陥は、グラフェンアノード材料の表面形態を変化させ、電極と電解質の間の湿潤性を改善し、電極内の電子移動距離を短縮し、電極材料内のLi +の拡散と移動速度を改善します。電極材料の導電率と熱安定性を改善します。たとえば、ドープされたNおよびB原子はグラフェンの構造を変形させることができ（図1）、1540mAh / gの容量で50mA / gの倍率で充電および放電し、NおよびBをドープしたグラフェン材料は充電および放電することができます。比較的短時間で急速に放電し、バッテリーの充放電時間は25A / g倍率で30秒です[2]。

グラフェンバッテリーはどのように機能しますか？リチウムイオン電池のアノード材料へのグラフェンの応用

ただし、グラフェン材料を電池の負極として直接使用することには、次のようないくつかの欠点があります。1）準備された単層グラフェンシートは蓄積しやすく、比表面積の減少により、高いリチウム貯蔵スペースが失われます。 ; 2）初めてクーロン効率が低く、一般に70％未満。比表面積が大きく、官能基が豊富なため、電解質はサイクル中にグラフェン表面で分解し、SEI膜を形成します。同時に、炭素材料の表面に残っている酸素含有基は、リチウムイオンと不可逆的な副反応を起こし、可逆容量がさらに低下します。 3）初期容量の減衰が速い。 4）電圧プラットフォームと電圧ラグ。そのため、この一連の問題を解決するために、グラフェンなどの材料を配合してグラフェンベースの複合アノード材料を製造し、リチウム電池の研究やリチウムアノード材料の開発の方向性で注目を集めています。

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