石墨烯氧化釩電池

萊斯大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種新材料，它是氧化釩（VO2）和石墨烯的混合物。該混合電源可用于鋰離子電池陰極。測量結(jié)果表明，這種混合陰極能在20秒內(nèi)完全充放電，并能承受1000多次充電循環(huán)。1000次循環(huán)后，容量仍優(yōu)于標(biāo)稱的90%。

釩氧化物在鋰離子電池中具有高的能量容量。這是因為它們像海綿相同收集鋰離子。使用氧化釩（VO2）或五氧化二釩（VO5）的缺點是，氧化物通常是不好的導(dǎo)電體。低電導(dǎo)率導(dǎo)致較慢的充放電速率。

科學(xué)家們找到了一種利用石墨烯作為氧化釩結(jié)構(gòu)骨架的方法，石墨烯是一種優(yōu)秀的導(dǎo)體。這種混合材料從氧化釩那里繼承了良好的容量特性，從石墨烯那里繼承了良好的導(dǎo)電性，從而可以快速充電。

該工藝由氧化石墨納米片與VO5粉末混合而成。混合物懸浮在水中并加熱到高溫。在這些溫度下，五氧化二釩還原為VO2，而氧化石墨則還原為石墨烯。當(dāng)VO2結(jié)晶時，它會形成約10納米厚、600納米寬的納米帶，并帶有單原子厚度的石墨烯涂層。這些帶有幾十微米長，它們有非常大的比表面積，由于VO2的離子浸泡特性和石墨烯的高導(dǎo)電性，使得電子和鋰離子的擴(kuò)散非?？臁＿@兩個特性的結(jié)合，使快速充放電率，以及高的最高功率輸出這些電池。

制造石墨烯電池的真正技術(shù)難點在于vo2-石墨烯混合材料的實際制造。為了生產(chǎn)這種混合物，必須非常精確地控制溫度、壓力和混合物濃度等工藝條件。這些工藝參數(shù)現(xiàn)在相比較較有名，而且可以很容易地控制，從而實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。

石墨烯磷酸鐵鋰離子電池

磷酸鐵鋰鋰離子電池又稱磷酸鐵鋰（LFP），是一種以磷酸鐵鋰為陰極的可充電電池。LFP電池是一種可充電的鋰離子電池。盡管它們的能量密度比其他一些消費(fèi)級鋰離子電池要低，但它們的功率密度卻更高。功率密度是電池供應(yīng)能量的速率指標(biāo)。

由于其較高的功率密度，他們是特別有趣的使用在電動汽車。LiFePo4電池具有更好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，它比其他鋰離子電池更安全。它們在充電過程中很難點燃，LFP電池比其他鋰離子電池在充電失敗前更容易被濫用。

石墨烯電池不僅充電速度比鋰離子電池快很多倍，而且容量也更大，超過了傳統(tǒng)LFP電池的理論最大容量。

將LiFePo4納米顆粒與氧化石墨烯納米薄片混合，并采用噴霧干燥和退火等工藝。結(jié)果是一種由LiFePo4初級納米顆粒嵌入次級球形微粒組成的材料，這些微粒通過石墨烯片的三維網(wǎng)絡(luò)松散地包裹在一起。

石墨烯是一種極好的導(dǎo)電材料，它的應(yīng)用大大提高了電子的遷移率和遷移率。石墨烯片上的納米孔可以新增整個三維石墨烯基體的Li+遷移率。他們創(chuàng)造的基本上是一個離子海綿，可以吸收鋰離子，同時允許電子在矩陣中自由移動。

當(dāng)應(yīng)用于石墨烯電池時，這種新型的lifepo4-石墨烯復(fù)合材料出現(xiàn)了很好的效果，使電池具有一些很好的性能。首先，比容量是70毫安每克。這意味著你的手機(jī)電池重量可能低于20克。關(guān)于電動汽車來說，重量的減輕是一個受到熱烈歡迎的進(jìn)步，因為電動汽車可以使用數(shù)百公斤的電池來驅(qū)動。充放電率也有所提高。

這些改進(jìn)的LFP石墨烯電池可以在10℃充電，在20℃放電1000次，容量衰減率僅低于15%。為了更好地理解這一點，假如一個電池的額定電流是1200毫安，這意味著，理論上，它可以供應(yīng)1200毫安的電流，為一個小時。在這種情況下，1C代表額定電流，在我們的例子中是1200毫安。

普通鋰離子電池的充電溫度為0.5-0.8C，放電溫度可達(dá)1℃。另一方面，這些改進(jìn)的石墨烯電池能夠以比傳統(tǒng)鋰離子電池高20倍的速度可靠地充放電。峰值放電率被安全地提高到70C，這是電池功率密度提高70倍。