石墨烯缩短了电池充电时间

使用沃贝克石墨烯材料的电池有望在明年投入使用

智能手机或笔记本电脑,可以在几分钟的事,如果充电锂离子电池都配备有福尔贝克特种石墨烯材料。

材料公司沃贝克(Vorbeck)的总裁约翰·莱托(John Lettow)表示,该公司正与美国能源部(Department of Energy)的西北太平洋国家实验室(Pacific Northwest National Laboratory)合作,将其石墨烯材料应用于电池中,这种电池可以储存大量能量并迅速充电。

Lettow说,标准的手机锂离子电池充电可能需要两个小时,但石墨烯可以帮助电池在不到10分钟内充电。这一进步可以帮助电池更长时间地保持能量存储能力,同时通过防止过度加热使电池更安全。

Lettow说:“目前电池材料存在很多问题:充电和放电时间长,储存的能量少,循环寿命低于预期,还会升温和短路,造成安全问题。”

Lettow说,这项技术已经在实验室的电池中进行了测试。他说,从明年开始,这种纳米材料可以用于手机、笔记本电脑和电动工具的电池。电池公司正在对材料进行评估,以便在产品中使用。

锂离子电池的充电通常是通过锂离子在两极之间的转移来实现的。电流电池的充电速度受到电极材料的限制,Lettow说。如今的电池需要很长时间才能充电,因为电极的导电性和锂离子的运输能力都很低,这限制了锂离子的交换。

沃贝克正在寻找一种混合材料,包括涂有一层薄薄的离子存储材料的石墨烯片,这样离子存储和电子传导元件就很接近了。这使得电子和锂离子在电极中结合得更快,从而缩短了电池的充电时间。

石墨烯具有化学稳定性和高导电性,因此可以很容易地移动电子。改进的阴极和阳极还允许存储更多的锂离子,这可以增加电池的容量,使笔记本电脑的电池寿命更长。

Lettow说,石墨烯电池的使用寿命也比传统电池长得多。勒陶说,沃贝克的混合离子存储材料可以膨胀和弯曲,而不会发生机械故障,这使电池的循环寿命显著延长,在某些情况下甚至可延长10倍。相比之下,在典型的电池中,当锂离子从电极材料中插入和取出时,材料会膨胀和收缩,导致快速击穿。

Lettow说,石墨烯的有效电导率也降低了电极内部的电阻加热,因此电池可以在较低的温度下工作,这增加了电池的安全性。锂离子在目前的电池材料中堆积得太快,等着进入电极材料。Lettow说,这就造成了过压的情况,可能导致过热和短路,导致几种类型的锂离子电池起火。因此,电池制造商故意限制充放电率非常低的水平,以保持电池在一个稳定的工作状态。

沃贝克的Vor-x石墨烯材料是基于普林斯顿大学授权的技术开发的。该公司已经将这种材料用于印刷等领域。

人们越来越关注电池的研究。IBM的研究部门去年表示,他们正在研究用于电动汽车的高密度电池。美国政府去年11月向国家实验室拨款1800万美元,用于安全电池和电池开发等课题的研究。

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