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石墨烯的突破预示着智能手机电池的续航能力将提高25%

下一次,当你担心你的智能手机会让你在中午失望,或者你将不得不带上一系列充电器来进行两天的商务旅行时,不要绝望-意大利的研究人员已经支持了你。

在意大利理工学院(II T),一群当地科学家刚刚生产出一种新型锂离子电池,其效率超过了现有电池的25%。额外的电池寿命是通过利用石墨烯的高电导率-用于电池的阳极-在前所未有的规模上实现的。

在石墨烯方面,我们相信:波兰是如何将信心和现金投入到一种仍然存在于起点区块的材料中的?

波兰在石墨烯的未来上下了很大的赌注,尽管它离商业用途还有一段时间。


石墨烯来源于石墨,2004年被物理学家安德烈·盖姆(Andre Geim)和康斯坦丁·诺沃塞洛夫(Konstantin Novoselov)分离出来,他们因发现石墨烯而在2010年获得物理学诺贝尔奖。此后,研究人员研究了它在从可再生能源到半导体等各个领域的潜在应用。

IIT的实验并不是第一次.石墨烯基本上是单层石墨,之前已经在锂离子电池中被开发出来,但据意大利科学家说,从一个完整的电池来看,这样的性能水平以前还没有达到。

这一成就——发表在《纳米通讯》杂志上的一篇论文中的描述——之所以成为可能,是因为研究人员使用了一种比早期实验中更纯净的材料形式。

“过去几乎所有的实验都使用了经过化学修饰的石墨烯,比如氧化石墨烯——一种由氧化石墨衍生出来的材料,因此不能立即使用。它需要进一步的处理,以部分恢复电导率,从而影响电池的性能,”IIT的石墨烯实验室主任Vittorio Pellegrini告诉ZDNet。

相反,佩莱格里尼的小组通过原始石墨的剥落获得了石墨烯。这个过程需要分解一块石墨,这块石墨被混合在一个有机溶液中使用超声波。

然后将混合物离心,根据其厚度分离出石墨烯片。研究人员最终得到的是一小瓶石墨烯墨水,其中的水滴可以扩散到铜表面。然后,石墨烯涂层铜可以集成到电池中,而不需要任何进一步的化学或物理过程,也不会失去导电性。

该程序还有其他优点:“我们还可以控制薄片的尺寸,正如我们所发现的,当涉及到电池时,它是一个重要的特征,”在该项目中工作的IIT研究员Francesco Bonaccorso说。显然,锂离子对于有很多边缘的小薄片有一个弱点。他说:“边缘是离子更好地附着和分离的地方,因此具有这种特性的薄片会提高锂的吸收性能。”

利用这一过程,IIT的科学家们成功地创造了一种电池,其性能优于目前的锂离子当量25%,这为小玩意儿用户将来从他们的设备中获得更多的生命提供了前景。

“让我们想象一下,你有一部智能手机,它有一个传统的电池,可以优化工作24小时。如果你用我们的石墨烯电池供电,你可以实现(比如)30小时的寿命。或者,你可以有相同的寿命,但电池的宽度显著减少,”佩莱格里尼说。

不过,这些数字应该用一粒盐来衡量:如果不对某种设备的电池进行优化并进行广泛的测试,就无法计算出提高的效率会给现实世界的电池寿命增加多少。

尽管智能手机和其他便携式设备是这项技术的第一个应用,但意大利研究人员对他们的发现有着超越消费电子产品的雄心。

他们也将目光瞄准了电动汽车,这个市场与智能手机不同,迄今为止一直受到电池寿命的阻碍。博纳科索说:“我们可以让这些车行驶更多公里,或者覆盖同样的距离,但重量会大大减少。”

如果这还不够,IIT的人们认为石墨烯基电池可以为超快充电铺平道路。“现在,这些车辆不能行驶太多公里,需要几个小时才能重新充电。佩莱格里尼说,想象一下,如果这个时间减少到几分钟”。

怎么会这样?多亏了石墨烯,至少在理论上,你可以创造出混合系统,它结合了锂离子电池和所谓的超级电容器的优点,它们可以快速充电和释放能量,但与电池不同的是,当涉及到储存时效率较低。“至少在纸面上,通过使用石墨烯,这些混合体系更加可行。这是我们发现的未来可能的发展,”佩莱格里尼说。

与此同时,他的团队将致力于为电池的商业化做好准备,这一计划可能需要一些时间才能实现。根据意大利科学家的说法,他们的创作经过精化和测试,将在24个月内交给一家大规模生产的公司。他们补充说,一些电动汽车制造商已经对这项研究表现出兴趣。

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