石墨烯是一種神奇的材料，它有著同樣惱人的約束條件，使它很難與之共事。其中一個最重要的問題是，我們在調(diào)整材料的商業(yè)用途時產(chǎn)生了它。雖然已經(jīng)證明了石墨烯生產(chǎn)的許多方法，但沒有一種方法能像硅工業(yè)那樣大規(guī)模地利用硅的生產(chǎn)能力。在2016年初，整個鑄造行業(yè)估計每月能有近1200萬的晶圓(在200mm的晶圓片中)。在進入生產(chǎn)之前，石墨烯并不一定要達到這個水平，但任何廣泛采用的材料都需要它實現(xiàn)自己的規(guī)模經(jīng)濟。
就像傳統(tǒng)的CVD生產(chǎn)石墨烯的方法一樣，研究人員將碳氫化合物前體分子的混合物噴射到金屬的多晶箔上。然而，他們小心地控制了碳氫化合物分子的局部沉積，將它們直接帶到正在出現(xiàn)的石墨烯薄膜的邊緣。當?shù)孜镆苿拥较旅鏁r，碳原子不斷地聚集成一個石墨烯的單晶，長達一英尺。
通過在高溫下運行這個過程，并仔細監(jiān)測氣體混合物的濃度，研究小組能夠保持他們想要的生長。產(chǎn)生一個單晶片結構，而不是材料的簇，也創(chuàng)造了一個更均勻和更大的連續(xù)材料。
長期以來，人們都清楚地知道，能源儲存是一項首要任務，可以使一系列的清潔技術創(chuàng)新，從汽車電氣化到可用于可變能源的公用事業(yè)規(guī)模存儲。但是由于電池是由各種簡單的化學反應組合而成的，由于元素周期表中的元素數(shù)量很大，所以大部分的想法都被嘗試過了。托馬斯·愛迪生曾經(jīng)說過:“如果有人告訴你，他們有一個很棒的新電池，不相信他們。”
石墨烯在能量儲存中的作用繼續(xù)發(fā)展。
從超級電容器到鋰離子電池，石墨烯可以提供一些東西。
石墨烯理事會通訊一直在努力追蹤石墨烯在超級電容器上的應用。
為了填充一些背景，超級電容是電池和電容器之間的一種交叉。電池依賴于一種能改變離子的化學狀態(tài)的液體電解質(zhì)來操作，而電容器則以靜電的形式儲存在電極表面的離子。這意味著電容器能夠在大爆炸中非常迅速地釋放能量，并且?guī)缀蹩梢匝杆俚爻潆姟?/p>
能量存儲裝置能夠充電和放電的速度稱為“功率密度”。電容器的功率密度遠遠高于以電為基礎的電池，在這種電池中，電力輸送緩慢，需要很長時間才能充電。然而，在電池有電容器的地方，他們可以儲存比電容器更多的能量，然后可以在很長一段時間內(nèi)使用。這種儲存能量的能力被稱為“能量密度”，本質(zhì)上是指電池比電容器儲存更多的能量。
另一方面，超級電容器是一種介于電解質(zhì)電池和電容器之間的混合物。像電容器一樣，超級電容器的離子以靜電的形式儲存在電極表面。然而，它與傳統(tǒng)的電容器不同，在充電過程中，電解液是用來吸引離子到電極上的。
超級電容現(xiàn)在已經(jīng)被使用了，但通常與傳統(tǒng)電池一起使用，這樣它們就能在諸如電動起重機之類的應用中快速地釋放能量，這可能需要額外的提振來提振沉重的負荷。
雖然這滿足了工業(yè)需求，但人們的希望是，如果超級電容器的能量密度能夠提高，他們就可以為電動汽車(電動汽車)提供一個有吸引力的替代傳統(tǒng)電池。今天的電動汽車，就像特斯拉一樣，有480公里的續(xù)航里程，但它可以從一個240伏的插座充電9.5小時，從0到480公里。這顯然限制了他們作為化石燃料汽車的替代品的吸引力。
超級電容的充電速度可能要快得多，但問題是，你無法儲存足夠的能量，使其在電荷上走得很遠。
石墨烯被認為是目前用于在超級電容器電極上儲存離子的材料的替代品。原因是你想要的材料有一個大的表面積。表面積越大，就能儲存更多的離子。
關鍵是要在材料科學中找到一些新的發(fā)展，使現(xiàn)有電池的特性得到徹底的改善。對于許多應用，特別是電動汽車，我們希望能夠儲存大量的能量和最小的重量，所以關鍵指標的單位是瓦特小時/千克。
一個典型的鋰離子電池達到200 Wh/kg，而熟悉的鉛酸電池約為40 Wh/kg。另一個關鍵因素是電池在充電和放電的循環(huán)過程中表現(xiàn)如何，對于電動汽車來說，你想要超過1000個周期而不會有嚴重的惡化。如果電池充電時不著火，那也很好!
在過去的幾個月里，似乎有了一個突破，從一個被認為是有希望的電池開始，鋰硫電池。這開始是對鋰離子電池的化學修飾，但被擱置一邊，因為它在幾十個充電周期內(nèi)迅速惡化。
石墨烯的理論表面積約為2600平方米/克。不幸的是，理論上的表面積可以被轉換成一個真正的設備，因為只有一個獨立的石墨烯薄片才能實現(xiàn)表面積。為了讓它在實用的設備,將提供一個體面的工作容量電容需要堆棧的床單上彼此此時理論面積丟失和你得到相同的表面積與今天使用的活性炭。
許多顯示石墨烯的獨特能力，以革新一些著名的設備應用程序的發(fā)展之一。它也是過去二十年來強調(diào)將納米技術應用于電子技術問題的產(chǎn)物。我們可以預料，在未來幾年內(nèi)會有源源不斷的此類事態(tài)發(fā)展。
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