超級電容電池

1、超級電容電池超級電容電池v鋰電池鋰電池 容量適中，比較環(huán)保，價格較貴，常用于手機相機電腦，但容易爆炸。容量適中，比較環(huán)保，價格較貴，常用于手機相機電腦，但容易爆炸。v鎳氫電池鎳氫電池 容量適中，但存在容量適中，但存在記憶效應記憶效應，現(xiàn)在多被鋰電池淘汰。，現(xiàn)在多被鋰電池淘汰。v鉛酸電池鉛酸電池 容量大，價格便宜，但制造和報廢都存在重金屬污染嚴重，車船等大容量大，價格便宜，但制造和報廢都存在重金屬污染嚴重，車船等大容量必備無可替代。容量必備無可替代。v普通化學干電池普通化學干電池 容量小，價格便宜，但制造和報廢都存在重金屬污染嚴重，相容量小，價格便宜，但制造和報廢都存在重金屬污染嚴重，相機小手電

2、等小家電用。機小手電等小家電用。v紐扣電池紐扣電池 容量小，體積小，但制造和報廢都存在重金屬污染嚴重，手表電腦等容量小，體積小，但制造和報廢都存在重金屬污染嚴重，手表電腦等用。用。普通電池普通電池概述概述我們心中的超級電池我們心中的超級電池是什么樣子？是什么樣子？ 真實案例真實案例 某男回到東北老家，發(fā)現(xiàn)某男回到東北老家，發(fā)現(xiàn)iPadiPad充不了電，怒找售后，結果被告知，在室外凍壞了，充不了電，怒找售后，結果被告知，在室外凍壞了，請放被窩里暖一暖再充。他回家一試，請放被窩里暖一暖再充。他回家一試，尼尼瑪，真行！瑪，真行！ 可能你家住海南，手機和平板電腦不可能被凍壞，那么接下來這個問題，不管你

3、可能你家住海南，手機和平板電腦不可能被凍壞，那么接下來這個問題，不管你在哪里，肯定都逃不掉在哪里，肯定都逃不掉電池電量不夠用！電池電量不夠用！ 是的，那該死的電池，早上出門明明充得滿滿的，結果半天不到，電量就快用完是的，那該死的電池，早上出門明明充得滿滿的，結果半天不到，電量就快用完了，而且，每次都在關鍵時刻沒電，好像成心跟你作對似的。了，而且，每次都在關鍵時刻沒電，好像成心跟你作對似的。 怎么辦？找地方充電？嗯，想要充滿，那先等上怎么辦？找地方充電？嗯，想要充滿，那先等上2 2、3 3個小時。帶移動電源？好，個小時。帶移動電源？好，不過包包里已經(jīng)裝了一大堆手機、平板、筆記本，你還嫌不夠重？不

4、過包包里已經(jīng)裝了一大堆手機、平板、筆記本，你還嫌不夠重？ 好吧，按照一般的電影劇本，這時候，該我們的英雄好吧，按照一般的電影劇本，這時候，該我們的英雄超級電池出場了！超級電池出場了！v放錯圖了？放錯圖了？v沒有，在超級英雄出場前，請允許我最后再來點前戲。沒有，在超級英雄出場前，請允許我最后再來點前戲。v這貨可以說是超級英雄的能量來源，大名鼎鼎的石墨烯（結構圖）。如果你在科技界混過這貨可以說是超級英雄的能量來源，大名鼎鼎的石墨烯（結構圖）。如果你在科技界混過兩口飯吃，我想你一定或多或少聽過它的威名。兩口飯吃，我想你一定或多或少聽過它的威名。v沒聽過？趕緊科普下，免得出門不好意思跟人打招呼。沒聽過

5、？趕緊科普下，免得出門不好意思跟人打招呼。v按照科學點的說法，石墨烯是一種由碳原子構成的單層片狀結構的新材料，是碳原子以某按照科學點的說法，石墨烯是一種由碳原子構成的單層片狀結構的新材料，是碳原子以某種復雜的形式，組成的六邊形呈蜂巢晶格狀的薄膜。種復雜的形式，組成的六邊形呈蜂巢晶格狀的薄膜。v說得簡單點，就是只有一個碳原子厚的二維納米材料。說得簡單點，就是只有一個碳原子厚的二維納米材料。v石墨烯是世界上最薄，但又最堅硬的材料（和金剛石同一個元素，能不硬嘛），它的結構石墨烯是世界上最薄，但又最堅硬的材料（和金剛石同一個元素，能不硬嘛），它的結構極穩(wěn)定，導熱性極高，電阻率極低，電子遷移速度極快，因

6、此，可以說是目前最理想的二極穩(wěn)定，導熱性極高，電阻率極低，電子遷移速度極快，因此，可以說是目前最理想的二維納米材料。維納米材料。如果你看不懂上面兩段在說什么，沒關系，那些是供你裝如果你看不懂上面兩段在說什么，沒關系，那些是供你裝X X時候用的，如時候用的，如果你不需要，那么來看看它的用途，比如我們的主角，超級電池。果你不需要，那么來看看它的用途，比如我們的主角，超級電池。 這是美國加州大學一個研究團隊研制的微型石墨烯超級電容（圓盤上那些小黑塊就是），這這是美國加州大學一個研究團隊研制的微型石墨烯超級電容（圓盤上那些小黑塊就是），這玩意最神奇的地方在于，它充電和放電速度，是常規(guī)電池的玩意最神奇的

7、地方在于，它充電和放電速度，是常規(guī)電池的10010010001000倍倍。這意味著什么？這意味著什么？如果你的手機用上它，充滿一次電大概只需要如果你的手機用上它，充滿一次電大概只需要5 5秒鐘，如果你新買的特拉斯用上它，充一次電秒鐘，如果你新買的特拉斯用上它，充一次電也就也就5 5分鐘左右。分鐘左右。更變態(tài)的是，由于它的元素和結構特性，你的手機電量使用時長可以用更變態(tài)的是，由于它的元素和結構特性，你的手機電量使用時長可以用“周周”來當基本單位來當基本單位，而且，不管你在北極南極還是撒哈拉沙漠，都不用擔心它會因為太冷或太熱而罷工。，而且，不管你在北極南極還是撒哈拉沙漠，都不用擔心它會因為太冷或太

8、熱而罷工。不過，不管是國外還是國內，目前石墨烯超級電池都還停留在實驗室階段，除了技術穩(wěn)定性不過，不管是國外還是國內，目前石墨烯超級電池都還停留在實驗室階段，除了技術穩(wěn)定性，另外一個關鍵原因是，另外一個關鍵原因是，石墨烯太貴石墨烯太貴！是的，即使以今天的制備工藝，品相好點的石墨烯，依舊可以賣到是的，即使以今天的制備工藝，品相好點的石墨烯，依舊可以賣到20002000元每克，要拿這么貴元每克，要拿這么貴的東西做電池，那只有是真正的土豪，才能完成的私人定制了。的東西做電池，那只有是真正的土豪，才能完成的私人定制了。當然，制造工藝還是會不斷進步。當然，制造工藝還是會不斷進步。比如在我國，中科院寧波材料

9、所就在和寧波墨西科技集團合作，推進石墨烯大規(guī)模制備技術比如在我國，中科院寧波材料所就在和寧波墨西科技集團合作，推進石墨烯大規(guī)模制備技術，相信用不了五年，石墨烯的生產(chǎn)成本，就會下降到我等普通民眾用得起的水平。，相信用不了五年，石墨烯的生產(chǎn)成本，就會下降到我等普通民眾用得起的水平。屆時，我想超級電池也會進入普及的快車道，到那時候，你跟朋友打電話借錢的時候，就不屆時，我想超級電池也會進入普及的快車道，到那時候，你跟朋友打電話借錢的時候，就不用擔任他以用擔任他以“手機沒電手機沒電”當借口啦。當借口啦。v研究人員還發(fā)現(xiàn)一種能夠輕松生產(chǎn)這種電池的方法，即采用標準研究人員還發(fā)現(xiàn)一種能夠輕松生產(chǎn)這種電池的方法

10、，即采用標準DVDDVD刻錄機。刻錄機。v采用這項技術后，采用這項技術后，能用便宜材料，在能用便宜材料，在不到不到3030分鐘的時間分鐘的時間里，在一個單一的里，在一個單一的光盤上生產(chǎn)超過光盤上生產(chǎn)超過100100個微型超級電個微型超級電容器。容器。石墨烯石墨烯v 石墨烯是只有一個碳原子層厚度的石墨，碳原子通過石墨烯是只有一個碳原子層厚度的石墨，碳原子通過SP2SP2雜化成鍵，與周圍其他三個碳原雜化成鍵，與周圍其他三個碳原子以子以CCCC單鍵相連，同時每個碳原子剩有一個垂直于石墨烯平面的單鍵相連，同時每個碳原子剩有一個垂直于石墨烯平面的p p電子，未成對的電子，未成對的p p電子電子在與平面垂

11、直的方向形成在與平面垂直的方向形成軌道，可以在石墨烯晶體結構中自由移動，從而使得石墨烯具軌道，可以在石墨烯晶體結構中自由移動，從而使得石墨烯具有良好的導電性能。有良好的導電性能。 v左圖為高定向熱解石墨左圖為高定向熱解石墨(HOPG)(HOPG)； 右圖為從右圖為從HOPG HOPG 撕出來、置于厚度撕出來、置于厚度300 nm300 nm二氧化硅表面的二氧化硅表面的石墨烯，左下角淺色三角形為單層石墨烯，其余為石墨烯，左下角淺色三角形為單層石墨烯，其余為1 5 1 5 層不等。層不等。超級電池工作原理超級電池工作原理v將鋰金屬置于陽極。首次放電時，鋰金屬發(fā)生離子化，通過電解液向陰極遷移。離子通

12、過將鋰金屬置于陽極。首次放電時，鋰金屬發(fā)生離子化，通過電解液向陰極遷移。離子通過石墨烯表面的小孔，到達陰極。石墨烯表面的小孔，到達陰極。v現(xiàn)有的鋰離子電池電極擁有很多微孔，微孔越多，其中嵌入的鋰原子（或者離子）越多、現(xiàn)有的鋰離子電池電極擁有很多微孔，微孔越多，其中嵌入的鋰原子（或者離子）越多、電池容量越高。然而從正極鋰離子脫出到在負極完成鋰離子嵌入電池容量越高。然而從正極鋰離子脫出到在負極完成鋰離子嵌入 （充滿）到碳層的微孔（充滿）到碳層的微孔中需要的時間也就越長。這也是目前大部分電池充電速度比較慢的原因。中需要的時間也就越長。這也是目前大部分電池充電速度比較慢的原因。普通鋰電池工作原理普通鋰電池工作原理v鋰離子電池一般是使用鋰合金金屬氧化物為正極材料、石墨為負極材料、使用非水電解質鋰離子電池一般是使用鋰合金金屬氧化物為正極材料、石墨為負極材料、使用非水電解質的電池。的電池。v充電正極上發(fā)生的反應為充電正極上發(fā)生的反應為vLiCoO2=Li(1-x)CoO2+XLi+Xe-(LiCoO2=Li(1-x)CoO2+XLi+Xe-(電子電子) )v充電負極上發(fā)生的反應為充電負極上發(fā)生的反應為v6C+XLi+Xe- = LixC66C+XLi+Xe- = LixC6v充電電池總反應：充電電池總反應：L