石墨烯電池
當談到鋰離子電池時，你可以擁有快速充電速度或高容量——你可以選擇。現在，與首爾國立大學合作的三星研究人員已經發現瞭如何給電池提供這兩種品質，這要歸功於——石墨烯。透過在電極上塗上一層薄的、爆米花狀的“石墨烯球”，他們就能製造出一種電池，在12分鐘內就能完全充電，容量增加45%。這項研究如果成功的話，可能會導致更輕更快速的電動汽車。
目前鋰離子技術的問題在於，令人畏懼的“副反應”會磨損電極，尤其是電池充電過快時。研究人員發現，像石墨烯這樣的奈米材料可以減少它們的磨損，同時提高它們的導電性。問題是，塗層電極的均勻性已經被證明是一個挑戰，許多努力已經導致了一個不希望的折衷，增加了充電速度，但降低了容量。
三星的方法是使用一種叫做石墨烯球的材料元件來覆蓋鎳豐富的陰極和鋰基陽極材料。這種薄的，棒狀的物質可以均勻地塗在陰極上，使其更有效，同時也能提高陽極的容量。
該技術提高了電池的穩定性和電導率，“大大提高了陰極的可迴圈性和快速充電能力，”研究人員指出。更重要的是，它們的能量密度達到了近800 Wh/L，與今天特斯拉（以下）和其他公司使用的鋰離子電池差不多。
處理的石墨烯
為了實現石墨烯的商業潛力，有必要為石墨烯電極的工業規模製造提供可靠的、經濟的、簡便的工藝，並具有良好的效能。在之前的Nanowerk聚光燈下，我們討論了世界範圍內的高質量石墨烯大規模生產的專利前景。
溶液處理為石墨烯電極的製備提供了一種簡單而有效的策略，並且與工業為製備電池電極而採用的現行生產協議相相容。
石墨烯分散體可透過各種塗層技術加工成電極，包括：浸塗、棒塗、噴塗、噴墨列印、自旋塗布、絲網印刷、凹版印刷、葉片塗布、電紡、電沉積、真空過濾、滴鑄、介面沉積、Langmuir-Blodgett沉積和逐層組裝。
最合適的塗層技術取決於最終電極所需的效能和尺寸，以及在彌散中所需的薄膜厚度和石墨烯的數量。另一個重要引數是裝置的設計——也就是說，是否需要傳統的夾層結構或平面儲能裝置。
為電池提供一套新功能。
現在智慧手機和其他行動式電子裝置已經無處不在，一個主要的問題仍然存在：電池技術沒有跟上對它們的要求。此外，由於缺乏可靠的電池，電動汽車仍然無法使用內燃機。很快，石墨烯就可以建立新一代的儲能裝置
石墨烯的侷限性和可能的解決方法
石墨烯電池和超級電容器的實際應用所面臨的許多挑戰。
儘管研究人員已經演示了石墨烯電池和超級電容器，其效能特徵遠遠超過了商業上可用的電池，但缺乏可行的技術來大規模生產高質量的石墨烯，限制了石墨烯的潛力。
對石墨烯的生產成本的估計取決於材料的質量，從每公斤數萬美元到幾千美元，但它仍然沒有與最先進的材料競爭。例如，目前用於超級電容器（每公斤15美元）的活性炭的極低成本為其他材料的進入提供了一個困難的障礙。
“毫無疑問，石墨烯由於其優異的電化學性質和獨特的大表面積、高電導率和優異的力學效能而改變了能源儲存的景觀，”總結說。然而，從石墨烯製造的儲能裝置的全部潛力尚未實現。許多挑戰仍然存在，特別是在可行的技術方面，低成本的石墨烯的大規模生產具有受控的微結構和低殘留的含氧量。
“應該透過理論計算和實驗調查來解決現有的挑戰。”進一步瞭解石墨烯薄片在奈米尺度上的相互作用，形成不同形狀和維度的自組裝結構，將為石墨烯帶來更多潛在的應用。石墨烯研究預計將在未來10年繼續快速擴張，並承諾將對我們的生活產生真正的影響。
