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    石墨(mò)烯电池


    随着批量化生产以及大尺寸等难题的逐步(bù)突破,石墨烯(xī)的产业化应用步伐正在加快,基于(yú)目前已有的研(yán)究成果(guǒ),最先实现商业化应(yīng)用的领域可能(néng)会是移动设备、航(háng)空航天(tiān)、新能源电池(chí)领域。

    消费电子展上(shàng)可弯曲(qǔ)屏幕备受瞩目,成(chéng)为未来移动设备(bèi)显示屏的发展趋(qū)势。柔性显示未来(lái)市(shì)场广(guǎng)阔,作为基础材料的石墨烯前景也被看好。有数据显示2013年全球对手机触(chù)摸屏的需(xū)求量大概(gài)在9.65亿片。到2015年,平板电脑(nǎo)对大尺寸触摸屏的需求也将(jiāng)达到2.3亿片,为石墨烯的应用提(tí)供了(le)广阔的市场。韩国(guó)三星公司的研究人员(yuán)也已制造出由多(duō)层石墨烯(xī)等材(cái)料组成(chéng)的透明可弯曲(qǔ)显(xiǎn)示屏,相信(xìn)大规模商用指日可待。

    另一(yī)方面,新(xīn)能源电池(chí)也是石墨(mò)烯(xī)最早(zǎo)商用的一大重要领域。之前美(měi)国麻省理工学院已(yǐ)成功(gōng)研制出表面(miàn)附有石墨烯纳米图层(céng)的柔性光伏电池板(bǎn),可极大降低制造透(tòu)明可变形太阳能(néng)电池的成本,这种电池有可能在夜视镜、相机等小(xiǎo)型数码(mǎ)设(shè)备中应用。另外,石墨烯(xī)超级电(diàn)池的(de)成功研发(fā),也解(jiě)决(jué)了新能源汽车(chē)电池的(de)容量不足以及充电时间长的问题,极大加速了新能源(yuán)电池产业的发(fā)展(zhǎn)。这一系列的研究成果(guǒ)为石墨烯在新能源(yuán)电池行业(yè)的应用铺就了道路(lù)。

    由于高导电性、高强度、超轻薄等特性,石墨烯在航天军(jun1)工领(lǐng)域的应用优势(shì)也(yě)是极(jí)为突出(chū)的。前不久美国NASA开(kāi)发出(chū)应用(yòng)于航(háng)天领域的石墨烯(xī)传感器,就(jiù)能很好的对地(dì)球高(gāo)空大气(qì)层的微量元素、航天器上的结构性缺陷等进(jìn)行检测。而石墨烯在超轻型飞机材料等潜在应用上(shàng)也(yě)将发挥更重要的作用。

    石墨烯电池(chí)利用环境热(rè)量自行充电的试验。

    实验制(zhì)成电路(lù)其中包含LED,用电线连接到带(dài)状石(shí)墨(mò)烯。他们(men)只是把石(shí)墨烯(xī)放在氯化铜(copper chloride)溶液中,进行(háng)观察。LED灯亮了。实际上,他(tā)们需(xū)要6个石墨烯电路,形成串联,这样(yàng)就(jiù)可(kě)产生所需的(de)2V,使LED灯(dēng)发亮,就可以得(dé)到这个图片(piàn)。

    徐子涵和同事(shì)说,这里发生情况(kuàng)就是铜离子具有双重正电荷,穿过溶(róng)液的速度约每秒300米,因(yīn)为溶(róng)液在室温下的热能量(liàng)。当离子猛烈撞入石(shí)墨烯带时,碰撞会(huì)产生(shēng)足够的(de)能(néng)量(liàng),使不在(zài)原(yuán)位的电(diàn)子离(lí)开石墨烯。电子有两种选择:可以离开石墨(mò)烯带,和铜(tóng)离子结(jié)合,也可以穿过石墨(mò)烯,进入电路(lù)。

    原(yuán)来,流动的电(diàn)子在石(shí)墨烯中更快,超过(guò)它穿过溶液的速度,所以电子自然会选择(zé)路(lù)径,穿(chuān)过电路(lù)。正是这一点点亮了LED灯(dēng)“释放(fàng)的电子更倾向于(yú)穿过石(shí)墨烯表(biǎo)面(miàn),而不是进入(rù)电解(jiě)液(yè)。设备就是这(zhè)样产生电压的,”徐子涵说。

    因(yīn)此,这个装置产生的能量来自周围(wéi)环境的热量。他们可(kě)以(yǐ)提高电流,只(zhī)需加热溶液,也可(kě)用超声波加快(kuài)铜离子。只依靠周围热量,就可以使他们的(de)石墨烯电池持(chí)续运行20天(tiān)。但是(shì),还有一(yī)个重要的问号。另一个假设是某种化学反应产生电流,就像普通(tōng)的电池。

    然(rán)而(ér),徐(xú)子(zǐ)涵和同(tóng)事说(shuō),他们(men)排除(chú)了(le)这一点,因为进行了几(jǐ)组控(kòng)制实验。然(rán)而,这(zhè)些是在(zài)一些补充材料中介绍的,他们似乎并没(méi)有放(fàng)在arXiv网站上。他们需(xū)要赶在别人做出严肃声明之前公开。从表面价值来看,这(zhè)看起来是一项非常重要的成(chéng)果。其他人也在石墨烯中产生过电流,但只是让水流过它,所以这并不真的使人吃惊,移动(dòng)的离子也可以产生这样的效(xiào)果(guǒ)。这预(yù)示着清(qīng)洁的绿色电池,只依靠(kào)环境热量驱动。徐(xú)子涵和同(tóng)事说:“这代表着一个(gè)巨大的突破,研究的(de)是自驱动(dòng)技术”。


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