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第二百三十二章 石墨烯氧化釩電池的制作

  這個時候,曹旬和張流已經來到了實驗室,此時正坐在一個位置上,等待商易云的到來。

  “曹旬、張流兩位學長,沒想到你們來得這么早,現在距離下午兩點還有五分鐘呢。”

  聽到商易云的話,曹旬從座位上站了起來,然后說道。

  “我們也是剛來到這里,也就早來了五分鐘,沒有等待太長時間。”

  不過,商易云也沒有忘記來實驗室的目的。

  “好啦,我們來到實驗室是為了做實驗,不是為了探究什么時候來實驗室這個問題,既然都到齊了,那就開始做實驗吧。”

  說完這些話,商易云就來到了實驗臺前,把一些實驗能夠用到的材料放在了實驗臺上,然后就按著實驗的步驟開始做實驗。

  不過在做實驗之前,他還是回憶起,一些和石墨烯電池有關的知識。

  石墨烯電池是通過改進現有的鋰離子電池制成的,這是通過在電極中添加石墨烯來實現的,石墨烯可以改變電極的化學和物理性質,結果改善了充放電速率特性和容量,改進的放電速率意味著石墨烯電池具有更高的最大輸出功率。

  商易云要研究的石墨烯電池,主要有兩種,一種是石墨烯氧化釩電池,另一種是石墨烯磷酸鐵鋰離子電池。

  第一種石墨烯氧化釩電池的主要組成成分是,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,測量結果表明,這種混合陰極能在20秒內完全充放電,并能承受1000多次充電循環。1000次循環后,容量仍優于標稱的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)的有一種缺點,那就是氧化物通常是不好的導電體,低電導率導致較慢的充放電速率。

  所以商易云找到了一種利用石墨烯作為氧化釩結構骨架的方法,石墨烯是一種優秀的導體,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vo2結晶時,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電性,使得電子和鋰離子的擴散非常快,這兩個特性的結合,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難點在于vo2石墨烯混合材料的實際制造,為了生產這種混合物,必須非常精確地控制溫度、壓力和混合物濃度等工藝條件,當然,現在的工藝條件已經達到了要求,只要能研發成功,就可以實現大規模的生產。

  第二種石墨烯電池是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能量的速率指標。

  由于其較高的功率密度,所以可以很好的應用在新能源汽車上,lifepo4電池具有更好的熱穩定性和化學穩定性,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,制造出一種由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絡松散地包裹在一起。、

  石墨烯是一種極好的導電材料,它的應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,它們創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。

  當應用于石墨烯電池時,這種新型的lifepo4石墨烯復合材料產生了很好的效果,使電池具有一些很好的性能,關于新能源汽車來說,重量的減輕是一個受到熱烈歡迎的進步。

  這些改進的lfp石墨烯電池可以在10c充電,在20c放電1000次,容量衰減率僅低于15。

  普通鋰離子電池的充電溫度為0.50.8c,放電溫度可達1c。另一方面,這些改進的石墨烯電池能夠以比傳統鋰離子電池高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。

  這次實驗,商易云要制作的石墨烯電池,是石墨烯氧化釩電池,至于另外一種,等到第一種研制成功之后,再考慮第二種。

  每個實驗步驟,商易云都十分謹慎的對待,不敢有絲毫大意,就這樣,過了一段時間,他看著試驗臺上的東西,欲哭無淚。

  商易云沒有想到,已經了解了石墨烯氧化釩電池的制作原理,卻沒想到實驗還是失敗了,他不知道究竟是什么東西影響了實驗的成敗,只能坐在了凳子上開始回想剛才實驗的步驟。

  如果不弄清楚原因,就算再次做實驗,也可能會以失敗而告終。

  這個時候,曹旬和張流也沒有閑著,剛才實驗的步驟,他們也看在眼里,所以也陷入了沉思。

  此時此刻,商易云回想實驗的步驟,不放過一絲一毫的細節,因為在實驗之中,細節決定的成敗,很多實驗的失敗,都是因為細節出了問題。

  就這樣時間一分一秒的過去,商易云緊皺的眉頭也舒展開來,他已經抓住了一些線索,雖然還不知道實驗失敗真正的原因,但是他相信,再給他一段時間一定可以想清楚失敗的原因。

大熊貓文學    兼職科學家