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新能源技术知识：新能源材料在锂离子电池中的应用随着环保意识的不断提高，新能源技术在我们的生活中发挥着越来越重要的作用。
其中，锂离子电池作为具有广泛应用前景的能源储存装置，已经成为了当今科技领域中备受关注的重要研究领域。
新能源材料的应用也极大地促进了锂离子电池技术的发展。
本篇文章将从新能源材料在锂离子电池中的应用、新能源材料对锂离子电池性能的影响等方面进行分析。
一、锂离子电池的基本构成和工作原理锂离子电池是一种典型的可充电电池，有多种形式。
最常见的电池由正极、负极、电解质和隔膜组成。
正极和负极材料分别承担着电池的充电和放电作用。
锂离子电池在充放电过程中，都存在锂离子在正负极之间的相互传递，因此可以实现放电和充电过程。
二、新能源材料在锂离子电池中的应用1、石墨烯石墨烯是石墨的单层结构，具有优异的导电性、热导性、机械性能及化学稳定性，是一种极具前景的新型材料。
近年来，石墨烯在锂离子电池中被广泛应用。
石墨烯在锂离子电池中的应用，可以提高电极材料的conductivity和耐久性，大大提高锂离子电池的使用寿命。
2、硅基材料硅基材料是近年来新能源材料以及锂离子电池材料中引人注目的一个研究方向。
硅基材料可以和锂形成多个化合物，并且在化合物中可以存储更多的锂离子，使得硅基材料成为一种非常有前途的材料。
据研究表明，硅基材料可以极大地提高锂离子电池的比容量和比能量，并且能够实现高倍率充放电，是锂离子电池领域的一个重要突破。
3、过渡金属氧化物材料过渡金属氧化物是一种新型的锂离子电池负极材料。
过渡金属氧化物材料的比电容很高，可以实现高倍率充放电。
而且，由于过渡金属氧化物具有好的可逆性、稳定性和被锂可逆嵌入/脱出的特性，因此在锂离子电池中的应用已经得到了广泛的关注。
三、新能源材料对锂离子电池性能的影响1、提高电池容量新能源材料在锂离子电池中的应用能够大大提高电池的容量。
新材料使电池充电时能够存储更多的能量，并在放电时释放更多的能量。
锂离子电池正极材料发展历程随着电子产品的不断普及和应用，对于便携式电源的需求日益增长。
而作为目前最为普及的电池，锂离子电池因着其高能量密度、环保、可充放电等优点，成为了市场上最受欢迎的电源之一。
其中，锂离子电池正极材料扮演着重要的角色。
本文将对锂离子电池正极材料的发展历程进行简要介绍。
1、第一代材料——LiCoO2首先提到的是第一代锂离子电池正极材料——LiCoO2。
这种材料在80年代初期被发现，其具有高的电化学性能、较高的比能量、优异的循环稳定性。
得益于这些优点，LiCoO2成为了当时锂离子电池的首选的材料之一。
然而，这种材料也存在一定的缺陷：其寿命较短、使用温度受限、成本较高等问题。
2、第二代材料——LiNi0.8Co0.15Al0.05O2第二代锂离子电池正极材料的代表是LiNixCoyM1-x-yO2系列（M可以是Al、Mn等元素）。
其中，LiNi0.8Co0.15Al0.05O2是其中代表性的材料。
相比于第一代材料，这一代材料拥有更高的比容量、更高的温度稳定性和更长的循环寿命等性能。
但是，由于这种材料的制备过程比较复杂，其成本也更高。
3、第三代材料——LiFePO4随着对于绿色、环保的要求日益提高，大量研究人员开始关注新型的锂离子电池材料。
第三代锂离子电池正极材料的材料代表是LiFePO4。
其具有较高的放电平台、优秀的热稳定性和安全性等优点。
并且，这种材料还有一个非常重要的优势：价格低廉。
LiFePO4作为下一代的材料，其主要用于专业的动力应用领域。
4、第四代材料——石墨烯现如今，科技进步日新月异，越来越多的研究人员开始着手探索新型的锂离子电池正极材料。
目前，第四代锂离子电池正极材料的代表是石墨烯。
石墨烯由单层碳原子通过特殊的合成方法制备而成。
据研究，石墨烯在锂离子电池正极材料方面具有明显的优势，如高的比能量、高的导电性能和优异的循环稳定性等。
石墨烯因具有多方面优势，受到空间科学、新能源、生物技术等多领域科学家的重视，未来可能有着更广泛的应用前景。
新型材料在光伏领域中的应用随着新能源的不断发展，光伏产业也越来越受到全球关注。
而新型材料在光伏领域中的应用，更是让光伏板的效率和寿命得到了极大的提高。
本文将介绍一些新型材料在光伏领域的应用并探讨他们的优势。
硅纳米线技术硅纳米线是用单一晶体硅制造的超细纤维，具有高比表面积和小体积特点。
这使得硅纳米线板具有更高的能转换效率、更小的光谱响应范围、更好的低光增益、更好的反射性能和更好的机械强度。
使用硅纳米线技术制造的太阳能电池板可以增加阳光的捕捉比例，将过多的光线转化为电能，并增加其电池板的使用寿命。
有机太阳能电池有机太阳能电池是一种基于有机半导体材料的光电转换器件。
相较于传统的硅基太阳能电池，它具有较低的生产成本、较高的透明性、更高的灵活性和更好的追踪效应。
这些优点使得有机太阳能电池可以应用到电池板、可穿戴传感器和智能手机等领域，而这些领域的对太阳能的依赖度也在不断增加。
钙钛矿太阳能电池钙钛矿太阳能电池是一种新型的太阳能电池。
它使用钙钛矿晶体来捕捉光能，比传统的硅基太阳能电池更加高效，并且成本较低。
而且，由于钙钛矿是一种低成本易于制备的材料，钙钛矿太阳能电池生产成本也得到了大幅下降。
使用钙钛矿技术制造的太阳能电池板具有更高的稳定性和更长的使用寿命。
石墨烯太阳能电池石墨烯是一种结构紧密的碳原子薄膜材料。
由于其具有高导电性、高透过率、较低的电池阻抗和极佳的光电转换效率，石墨烯太阳能电池成为了一种非常热门的技术。
这种技术可以在降低成本的同时，提高太阳能电池板的生产效率。
总结新型材料的应用使光伏产业得到了很大的发展。
无论是硅纳米线、有机太阳能电池、钙钛矿太阳能电池还是石墨烯太阳能电池，它们都具有较高的能转换效率、成本低、稳定性强等优点。
它们的发展将会促进光伏板技术的进一步提高，为未来节能环保的发展做出更多的贡献。
二维材料在新能源领域的应用二维材料是指只有一个或几层原子厚度的材料，其中最具代表性的就是石墨烯。
石墨烯是由碳原子构成的具有独特结构的二维材料，具有很高的导电性和导热性，同时也具有很高的强度、柔韧性和透明性。
随着技术的进步，人们正在探索和研究不同种类的二维材料及其在各个领域的应用。
其中，二维材料在新能源领域的应用受到了广泛的关注和研究。
太阳能是未来的主要能源之一，因为它是一种清洁、免费的能源，并且太阳不会枯竭。
二维材料在太阳能的应用主要是作为光伏材料。
石墨烯具有很高的导电性和透明度，因此可以作为太阳能电池中的透明电极。
此外，由于石墨烯具有较高的运输速度和长寿命，因此还可以作为太阳能电池中的电荷传输层。
石墨烯在太阳能电池中的应用不仅有助于提高电池的效率，而且可以降低成本，从而使太阳能电池更加经济实惠。
二维材料在储能领域的应用也备受瞩目。
电池是一种常见的储能设备，而二维材料在电池中的应用也有很多的潜力。
石墨烯具有很高的比表面积和导电性，因此可以作为电容器、超级电容器和锂离子电池等储能设备的电极材料。
由于石墨烯具有很高的导电性和稳定性，因此可以提高储能设备的能量密度和循环寿命，从而为储能领域的应用带来新的机遇。
除了太阳能和储能，二维材料还在其他方面的新能源领域得到应用。
例如，在光合成领域，二维材料可以作为催化剂和光伏材料，从而使光合成效率提高。
在光催化领域，二维材料也可以作为催化剂，从而实现有机污染物的清除。
此外，在燃料电池、氢气储存等领域，二维材料也可以发挥独特的作用。
当然，二维材料在新能源领域的应用还面临着一些挑战，例如制备成本高、稳定性需要改进等问题。
但是，随着技术的进步和人们对新能源的需求不断增加，相信这些问题会逐渐得到解决。
总之，二维材料在新能源领域具有广阔的应用前景和潜力。
石墨烯作为最具代表性的二维材料之一，在太阳能、储能、光合成、光催化等领域都有着广泛的应用。
我们相信，在不久的将来，二维材料将会在新能源领域发挥着越来越大的作用，为人类实现可持续发展做出更大的贡献。
科技与创新┃Science and Technology&Innovation ·140·2019年第20期文章编号：2095－6835（2019）20－0140－02石墨烯的研究进展及应用前景概述王明浩（武汉理工大学机电工程学院，湖北武汉430070）摘要：石墨烯是一种完美排列的二维网状结构，自发现以来便震惊了科学界，人们对这种在二维空间中的完美排列充满兴趣。
石墨烯是目前材料学科方面的研究热点。
主要介绍了石墨烯的研究进展和目前在生活中的实际应用，并对石墨烯及其相关复合材料的制备方法展开了介绍。
关键词：石墨烯；制备方法；研究进展；应用前景中图分类号：TQ127.11文献标识码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2019.20.063石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化方式组成的六角型呈蜂巢晶格的二维纳米材料。
在石墨烯发现以前，许多物理学家根据Mermin-Wagner定理得出，在非零温度下，热力学涨落不允许任何二维晶体存在。
因此对寻找这种二维材料不抱希望，然而石墨烯的发现却违背了这个理论，并且在室温下就能找到石墨烯，这个发现立刻震撼了凝聚态物理学学术界，而关于石墨烯的研究热潮也随之而来。
由于石墨烯含有垂直于其二维平面并且可以贯穿全层多原子的大π键，因此其具有优良的导电性和光学性能。
同时，石墨烯也是目前已知最薄的且强度最高的材料之一，其断裂强度比最好的钢材还好；同时它有非常好的韧性，可以弯曲，其拉伸幅度能达到自身的20%。
在导热方面，石墨烯具有非常好的热传导性能，堪称目前导热系数最高的碳材料。
光学方面，其在较宽波长范围内的吸收率约为2.3%，有非常好的光学性能。
1石墨烯的制备方法1.1石墨烯的制备方法近年来，关于石墨烯的研究可谓是热火朝天，而研究石墨烯的第一步便是制备石墨烯，关于制备石墨烯的新方法也是多种多样。
下面介绍一些常见的制备方法[1]。
1.1.1机械剥离法机械剥离法使用机械装置利用物体与石墨烯之间的摩擦和相对运动，克服石墨层分子间的作用力，从而得到只有纳米厚度的石墨烯薄层材料。
石墨烯石墨烯声明：百科词条人人可编辑，词条创建和修改均免费，绝不存在官方及代理商付费代编，请勿上当受骗。
详情>> 石墨烯（二维碳材料）编辑本词条由“科普中国”百科科学词条编写与应用工作项目审核。
石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜，是一种只有一个原子层厚度的准二维材料，所以又叫做单原子层石墨。
英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，用微机械剥离法成功从石墨中分离出石墨烯，因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。
石墨烯常见的粉体生产的方法为机械剥离法、氧化还原法、SiC外延生长法，薄膜生产方法为化学气相沉积法（CVD）。
[1] 由于其十分良好的强度、柔韧、导电、导热、光学特性，在物理学、材料学、电子信息、计算机、航空航天等领域都得到了长足的发展。
作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，石墨烯被称为“黑金”，是“新材料之王”，科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”。
极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命。
中文名石墨烯外文名Graphene 发现时间2004年主要制备方法机械剥离法、气相沉积法、氧化还原法、SiC外延法主要分类单层、双层、少层、多层（厚层）基本特性强度柔韧性、导热导电、光学性质应用领域物理、材料、电子信息、计算机等目录1 研究历史2 理化性质? 物理性质? 化学性质3 制备方法? 粉体生产方法? 薄膜生产方法4 主要分类? 单层石墨烯? 双层石墨烯? 少层石墨烯? 多层石墨烯5 主要应用? 基础研究? 晶体管? 柔性显示屏? 新能源电池? 航空航天? 感光元件? 复合材料6 发展前景? 中国? 美国? 欧洲? 韩国? 西班牙? 日本研究历史编辑实际上石墨烯本来就存在于自然界，只是难以剥离出单层结构。
石墨烯一层层叠起来就是石墨，厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯。
新能源阳极材料
新能源阳极材料是电池制造中的重要组成部分，主要用于提高电池的能量密度和稳定性。
目前，常见的新能源阳极材料包括硅基阳极材料、钛酸锂阳极材料、石墨烯阳极材料等。
1. 硅基阳极材料：硅基阳极材料是近年来备受关注的一种新能源阳极材料。
它具有高能量密度、高导电性、高稳定性等优点，被认为是下一代电池的理想阳极材料。
2. 钛酸锂阳极材料：钛酸锂阳极材料是一种离子导电的阳极材料，具有高锂离子嵌入量、高导电率、长寿命等优点。
它在混合动力车和电动车等领域有广泛的应用前景。
3. 石墨烯阳极材料：石墨烯阳极材料是一种新型的阳极材料，具有高导电性、高比表面积、高能量密度等优点。
它在锂离子电池、钠离子电池等领域有广泛的应用前景。
总之，新能源阳极材料是电池制造领域中的重要组成部分，其性能直接影响着电池的性能和寿命。
随着新能源技术的不断发展，新能源阳极材料的应用前景将更加广阔。
石墨烯的特性及其应用石墨烯（Graphene）是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料。
是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。
石墨烯一直被认为是假设性的结构，无法单独稳定存在，直至2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆(Andre Geim)和康斯坦丁·诺沃肖洛夫(Konstantin Novoselov)，成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯，而证实它可以单独存在，两人也因“在二维石墨烯材料的开创性实验”，共同获得2010年诺贝尔物理学奖。
石墨烯的主要特点有以下几条。
（1）硬度大，石墨烯是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料，比钢铁还硬。
（2）具有延展性（3）轻薄特性（4）令人难以置信的电池寿命。
石墨烯实质上是一种透明、良好的导体，也适合用来制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池。
（5）电阻率很低。
电阻率只约10-6 Ω·cm，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。
（4）与人体互联。
至今关于石墨烯化学知道的是：类似石墨表面，石墨烯可以吸附和脱附各种原子和分子。
从表面化学的角度来看，石墨烯的性质类似于石墨，可利用石墨来推测石墨烯的性质。
石墨烯化学可能有许多潜在的应用，然而要石墨烯的化学性质得到广泛关注，有一个不得不克服的障碍：缺乏适用于传统化学方法的样品。
如果这一点未得到解决，研究石墨烯化学将面临重重困难。
石墨烯的制备方法比较多，常见的有微机械剥离、化学气相沉积法、氧化还原、溶剂剥离、溶剂热法等方法，各自有不同的方法和应用，且石墨烯的产量也不一样。
石墨烯的应用范围广阔。
根据石墨烯超薄，强度超大的特性，石墨烯可被广泛应用于各领域，比如超轻防弹衣，超薄超轻型飞机材料等。
根据其优异的导电性，使它在微电子领域也具有巨大的应用潜力。
石墨烯有可能会成为硅的替代品，制造超微型晶体管，用来生产未来的超级计算机，碳元素更高的电子迁移率可以使未来的计算机获得更高的速度。
石墨烯（人类目前最强的功能材料）是目前已知的最薄最轻的一种材料，单层的石墨烯只有一个碳原子的厚度（3.4Å）。
导电性极强：石墨烯是世界上导电性最好的材料，电子在其中的运动速度达到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的运动速度。
超高强度：石墨（由石墨烯一层一层摞起来的）是矿物质中最软的，但被分离成一个碳原子厚度的石墨烯后，性能则发生突变，其硬度金刚石还高，却又拥有很好的韧性，且可以弯曲。
瑞典皇家科学院在颁布2010年诺贝尔物理学奖的时候曾这样比喻其强度：利用单层石墨烯制作的吊床可以承载一直4Kg的兔子。
这样可以估算，如果将多层石墨烯叠放在一起，使其厚度与食物保鲜膜相同的话，便可以承载一辆2吨重的汽车。
超大比表面积：由于石墨烯的厚度只有一个碳原子厚，即3.4Å ，所以石墨烯拥有超大的比表面积，理想的单层石墨烯的比表面积能够达到 2630 m2/g，而普通的活性炭的比表面积为 1500 m2/g，超大的比表面积使得石墨烯成为潜力巨大的储能材料。
1.石墨烯基处理器运行速度将达 1000GHz 多晶硅目前已经成为半导体产业的基础原料，被大量应用于集成电路。
随着制作工艺的不断提升，目前硅基芯片的运行速度已经达到了 GHz的级别。
随着技术的不断进步，对于计算机运行速度的要求也不断提高，目前的硅基集成电路的发展受到了本身材料的限制，在室温下硅基处理器的运行速度达到4-5GHz 后就很难在继续提高。
石墨烯拥有比硅更高的载流子迁移率（即载流子在电场作用下运动速度快慢的量度），是一种性能非常优异的半导体材料，电子在石墨烯中的运行速度能够达到光速的1/300，要比在其他介质中的运行速度高很多，而且只会产生很少的热量。
使用石墨烯作为基质生产出的处理器能够达到 1THz（即1000GHz）。
石墨烯未来很可能成为硅的替代者，成为半导体产业新的基础材料。
代替硅生产超级计算机。
2. 石墨烯提升锂离子电池性能锂离子电池已经成为当前用途最广泛、前景最广阔的电池能源，其结构由正极、负极、隔膜和电解液组成。
1关于石墨烯材料的调研报告目录调研提纲 (1)报告正文 (3)一、石墨烯简介 (3)二、石墨烯的性质 (3)三、石墨烯的制备方法 (4)四、石墨烯的应用 (5)五、石墨烯在锂电池中的应用 (7)六、石墨烯产业的国际现状 (8)七、我国石墨烯发展所存在的问题 (8)八、推进我国石墨烯产业健康发展的对策建议 (10)调研材料 (11)1调研提纲从2010年10月初两位英国科学家因为发现石墨烯而获得诺贝尔物理学奖后，石墨烯在我国成为热点词汇，各地科研院所争相研究，企业争相投资，连地方政府也考虑将其产业化。
石墨烯成为争取国家资金支持最热的项目，似乎石墨烯时代已经到来，世界将由石墨烯应用而发生重大改变。
本文在全面分析石墨烯全球技术和产业进展的同时，对到底如何正确认识石墨烯，石墨烯行业的整体轮廓如何，石墨烯产业化的道路到底还有多远，并提出了发展我国石墨烯技术和产业的切实建议。
2004年，英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈·盖姆(Andre Geim)和康斯坦丁·诺沃消洛夫(Konstantin Novoselov)发现他们能用一种非常简单的方法得到越来越薄的石墨薄片。
他们从高定向热解石墨中剥离出石墨片，然后将薄片的两面粘在一种特殊的胶带上，撕开胶带，就能把石墨片一分为二。
不断地这样操作，于是薄片越来越薄，最后，他们得到了仅由一层碳原子构成的薄片，这就是石墨烯。
这以后，制备石墨烯的新方法层出不穷。
2009年，安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫在单层和双层石墨烯体系中分别发现了整数量子霍尔效应及常温条件下的量子霍尔效应，他们也因此获得2010年度诺贝尔物理学奖。
在发现石墨烯以前，大多数物理学家认为，热力学涨落不允许任何二维晶体在有限温度下存在。
所以，它的发现立即震撼了凝聚体物理学学术界。
虽然理论和实验界都认为完美的二维结构无法在非绝对零度稳定存在，但是单层石墨烯能够在实验中被制备出来。
真实-- 迄今为止最专业的一篇揭露石墨烯真面目的文章！最近两年，石墨烯相关产业在国内也是如火如荼，尤其是石墨烯制备生产企业，如雨后春笋一般。
国际上当然也没闲着，比如一则轰动性的新闻报道宣称：西班牙Graphenano 公司(一家工业规模生产石墨烯的公司)同西班牙科尔瓦多大学合作研究出全球首个石墨烯聚合材料电池，储电量是目前市场最好产品的3倍，用此电池提供电力的电动车最多能行驶1000公里，而充电时间不到8分钟。
导读石墨烯从2004年首次被分离出来，2010年石墨烯发现者获得诺贝尔奖后为大家所熟知，到今天只有短短十几年的时间。
尽管全球石墨烯产业目前尚处于早期阶段，但由于公众对石墨烯新材料的热捧，导致石墨烯产业虚火过旺，呈现出了“忽如一夜春风来，千树万树梨花开”的虚假繁荣景象。
特别是一些石墨矿资源相对丰富的地区，更是把石墨矿混同于石墨烯，把发展石墨烯产业视为当地经济转型升级的“灵丹妙药”，纷纷规划建设石墨烯产业园。
毋庸置疑，石墨烯作为新材料产业的先导，在带动传统制造业转型升级，培育新兴产业增长点，推动大众创业、万众创新的作用越来越显著。
在国家政策引导下，各地纷纷布局石墨烯。
目前，我国石墨烯全产业链雏形初现，覆盖从原料、制备、产品开发到下游应用的全环节，已基本形成以长三角、珠三角和京津冀鲁区域为集合区，多地分布式发展的石墨烯产业格局。
2016年，我国石墨烯市场总体规模突破40亿元，已形成新能源领域应用、大健康领域应用、复合材料领域应用、节能环保领域应用、石墨烯原材料、石墨烯设备六大细分市场。
但是，热闹的背后是乱象，一时的繁华带来的只有永久的伤痛。
不能不提的是，当前我国的石墨烯产业仍面临一些深层次问题，基础研究能力薄弱，缺乏龙头企业带动，上下游企业脱节，产业链不成熟，资本市场过度透支石墨烯概念，行业标准缺失等，都严重制约了我国石墨烯产业的健康可持续发展。
据统计，目前国内已建成或在建的石墨烯产业园、石墨烯创新中心、石墨烯研究院等已超过40家，有2000多家企业从事石墨烯原材料和产品的研发，而且这个数字仍在逐步增长。
石墨烯的应用前景石墨烯的应用前景：弓|言碳原子呈六角形网状键合的材料“石墨烯”具有很多出色的电特性、热特性以及机械特性。
具体来说，具有在室温下也高达20万cm^Vs以上的载流子迁移率，以及远远超过铜的对大电流密度的耐性。
为此，石墨烯有望用于高速晶体管、触摸面板、太阳能电池用透明导电膜，以及成本低于铜但与铜相比可通过大电流的电线等。
另外，在目前可以制作的片状材料中，石墨烯的厚度最薄、比表面积也较大。
而且，还具有超过金刚石的强度、弹性模数和导热率。
如果没有缺陷的话，即便是单层石墨烯，也不会通过大于氦(He)原子的物质。
这些性质可以使石墨烯作为电池的电极材料、散热膜、MEMS传感器，或是理想的阻挡膜(Barrier Film)。
与其他材料相比，石墨烯还拥有许多极为特殊的性质。
例如，在室温下也可呈现量子霍尔效应；可实现名为“Klein Tunneling”的、透射率为100%的通道效应；电阻值为固定值而与距离无关的“弹道输运”(Ballistic Transport)的有效距离较长；按照由石墨烯上的自由电子来描述中微子的方程式(韦尔方程，Weyl Equation)，石墨烯可以像质量为零的粒子一样运动；而且，石墨烯具有被称为“赝自旋(Pseudospin)”和“赝磁场”的、宛如存在电子自旋和磁场的特性；石墨烯还拥有负折射率，等等。
这些特性可以使石墨烯用于超高精度的气体传感器和应变传感器等。
本系列将介绍在实际应用中利用石墨烯的各种出色性质或特殊性质的先端技术。
(未完待续，记者：野泽哲生)石墨烯的应用前景(一)：“触摸面板”最快于2012年面世相当于一层石墨的材——石墨烯的研究开发在全球范围内正热火朝天地展开。
仅2010年发表的相关研究论文就超过了3000篇。
其中中国科学院和新加坡国立大学(the National University of Singapore，NUS)在论文数量方面远远领先于其他研究机构。
石墨烯及其复合材料在锂离子电池中的应用俞会根;赵亮;盛军【摘要】介绍了石墨烯的物理化学性质,在锂离子电池中的应用及产业化的情况.石墨烯因其特殊的二维结构,具有与石墨负极不同的电化学性能.对石墨烯作为锂离子电池负极材料的电化学性能及其影响因素、制备方法、储锂机理等做了介绍.从石墨烯用于锂离子电池的两个方面材料,即负极及复合电极材料,对石墨烯电极国内外的研究状况做了介绍.与石墨负极相比,石墨烯电极具有高容量、高功率密度的优点,但也存在首周库仑效率低、充放电过程极化较大等缺点.目前石墨烯还未实现产业化,石墨烯电池的研发也多处于概念阶段.【期刊名称】《电源技术》【年(卷),期】2014(038)006【总页数】4页(P1155-1158)【关键词】锂离子电池;石墨烯;负极材料;石墨烯复合电极【作者】俞会根;赵亮;盛军【作者单位】北京新能源汽车股份有限公司,北京102606;北京新能源汽车股份有限公司,北京102606;北京新能源汽车股份有限公司,北京102606【正文语种】中文【中图分类】TM912.9石墨烯指单层石墨，是目前所知道的最薄的材料。
虽然科学家们从1947年开始就对石墨烯的物理性质进行了一系列的理论研究，但直到2004年，美国曼彻斯特大学Geim小组才用最简单的机械剥离法从高定向裂解石墨上剥离下了大片的石墨烯，进一步表征了石墨烯的各种性质，并因此获得了2010年诺贝尔物理学奖。
石墨烯是碳原子堆积成的六边形网格平面，具有理想的二维晶体结构，C-C原子键长是0.142 nm，面密度为0.77mg/m2。
类似于石墨的电子结构，石墨烯中的碳原子也是sp2杂化，每个碳原子贡献出一个未成键电子，所以石墨烯具有良好的导电性，电导率可达106 S/m。
另外，石墨烯层有很好的韧性来适应外力，所以其结构十分稳定。
石墨烯的室温热导率约为5×103W/mK，是室温下铜的热导率的10倍多[1]，表1中列出了石墨烯、石墨、金属铜的一些物理性质。
样品相比，钙钛矿晶体材料具有非常高的结晶质量、更好 的光吸收范围和更高的热稳定性，可以预期采用单晶制 作的钙钛矿太阳能电池可以获得更好的光电转换效率。同 时，由于晶体的完整性和较少的缺陷，单晶器件也具有更 佳的稳定眭。 据了解，具有钙钛矿晶体结构的甲氨基卤化铅材料 在光伏材料、激光材料和发光材料等方面展现出极大的应 我国发现石墨烯超级材料 文／仲科 中国科学院上海硅酸盐研究所、宾夕法尼亚大学 和北京大学科研人员近Ｈ发现一种三维石墨烯管的超 级材料，兼具远优于已有碳材料的强力学、低密度、高 导电等特性，可撑起４万倍自身重量。 构建密度低于ｌＯｍｇ／ｃｍ 的超轻材料成为目前国 际材料学的研究热点。此次科研人员研制的三维石墨 烯管首次由四连接的石墨烯纳米管通过碳碳共价键键 合，形成类似金刚石的四配位三维稳固结构。其具有高 强度，可以支撑自身重量的４万倍，没有发生明显形变， 用价值，并成为国际上极为重要的研究热点材料之一。目 前，经过美国国家能源部可再生能源实验室（ＮＲＥＬ）认 证的钙钛矿太阳电池光电转换效率已经达到２０．１％，已接 近单晶硅太阳能电池的效率。单晶材料是现代半导体工 业、电子工业和光电工业的基础，具有优良性能的钙钛矿 单晶材料有可能实现对多晶钙钛矿基器件的革新，推动光 电器件的新一轮革命。圈
同时还具有超高弹性，循环１０００次后几乎可完全恢复， 成为所有多孔材料之最。石墨烯空管材料还拥有优异 的电导率，三维石墨烯管可作为性能优异的弹性导体， 其力学和电学性能是目前报道的多孔石墨烯的１～２ 个数量级高，可以应用于新能源领域。
此外，该材料具有超疏水特性，吸附有机溶剂超 快，吸附有机溶剂达自身重量的６００倍以上，可用于污 水处理，如海上漏油等。图
绿色化工添国家级研发平台 文／杜子琛 在科技部近Ｈ公布的批准建设的第三批企业国 家重点实验室名单中，上海石油化工研究院的绿色化 工与工业催化国家重点实验室榜上有名，中国石化在 资源的高效清洁利用及绿色化工转型发展上又增添了 一个新的国家级研发创新平台。 该实验室将以资源的高效和清洁利用为主攻方 向，重点研究石油资源的高效利用和碳一资源的清洁 转化；同时围绕以何种途径利用资源、如何实现资源 向产品的有效转化两类科学问题，凝练出面向绿色化 工与工业催化的关键科学问题和重要共性技术，重点 开展绿色催化反应与高效分离技术的基础研究，实现 绿色低碳节能工艺的创新。
石墨烯制备及其在新能源汽车锂离子电池负极材料中的应用田晓鸿（西安航空职业技术学院，西安710089）摘要：新能源汽车锂离子电池对于负极材料的节能环保性要求较高，而石墨烯作为新型的碳材料，因低成本、高性能而成为新型的负极材料，而针对氧化石墨法制备流程复杂、存在污染性，且制成的微米级团聚颗粒石墨烯电化学性能受限问题，文章采用机械液相剥离的规模化制备工艺，将石墨烯与石墨复合制备成石墨烯复合材料，通过实验方法测定其作为锂离子电池负极材料的电化学应用性能，结果表明与石墨复合后，可有效优化石墨烯负极材料的使用性能，更好的满足新能源汽车发展要求。
关键词：石墨烯；负极材料；电化学性质；锂离子电池中图分类号：U469.72；TM912文献标识码：A文章编号：1001-5922（2021）01-0183-04 Preparation of Graphene and Its Application as Anode Materials for Lithium Ion Batteries of New Energy VehiclesTian Xiaohong（Xi'an Aeronautical Polytechnic Institute，Xi'an710089，China）Abstract：New energy automobile lithium-ion battery has high requirements for energy-saving and environmental protection of anode materials.Graphene,as a new carbon material,has become a new type of anode material due to its low cost and high performance.However,in view of the complicated preparation process of the graphite oxide method,the presence of pollution,and the limited electrochemical performance of the micron-sized agglomerated particles,this paper adopts the large-scale preparation process of mechanical liquid phase exfoliation to prepare graphene and graphite composites into Graphene composite material,through the experimental method to determine its electrochemical application performance as a lithium-ion battery anode material.The results show that the per⁃formance of graphene anode material can be effectively optimized after compounding with graphite,which can bet⁃ter meet the development requirements of new energy vehicles.Key words：graphene;anode material;electrochemical properties;lithium ion battery0引言随着电动汽车技术及保有量的不断发展，为实现节能减排的目的，对锂离子电池制备及使用性能提出了更高的要求。
2017春季学期 新能源材料--课程论文
院 （系） 材料科学与工程 专 业 材料科学与工程 学 生 曾波 学 号 班 号 1419002 石墨烯电池应用与展望 曾波 摘要 石墨烯作为近年来炙手可热的新材料，凭借其独特微纳米尺度的二维平面结构和良好的导电导热特性在锂离子电池电极材料中也有着可观的的应用前景。本文介绍了石墨烯电池的概念提出和工作原理，调研了市场最新的石墨烯电池信息和商用情况，分析了特点和潜在问题以及根据现状的合理展望。 关键词 石墨烯 锂离子电池 能量密度 石墨烯电极材料
1 引言 在现已有广泛应用基础的新能源材料中，锂电池作为二次电池中的佼佼者具有开路电压高"能量密度大"使用寿命长"无记忆效应"无污染以及自放电率小等优点。如图一所示，锂离子电池工作原理，正负电极由两种不同的锂离子嵌入化合物组成，正极主要是磷酸铁锂，钴镍锰酸锂（三元材料）等负极主要是碳棒和石墨。充电时Li+从正极脱出经过电解质嵌入负极，负极处于富锂态,正极处于贫锂态,同时电子的补偿电荷从外电路供给到负极,保证负极的电荷平衡;放电时则相反。由于Li的原子序数很小,故Li+的质量很轻,单位重量的电极材料就可以储存较多的Li+,所以通常锂离子电池具有较高的能量密度。然而,受限于电极材料的结构与电解质的性能,锂离子电池的功率性能相对较弱,针对动力锂离子电池,这一点表现得尤为突出。故如何增加锂电池的功率密度是当务之急。 要攻破这一难关，需要制备具有高效储能特性的负极材料。碳材料的储锂机理复杂，因此尽管计算化学论证了石墨烯的高储锂容量，但目前制备的石墨烯的可逆容量接近甚至超过理论容量的储锂机理还需进一步分析证明。石墨烯电池是指用石墨烯掺杂改性的复合材料替代传统锂电池的电极材料，其他碳 、石墨材料比容量较小，每 6个碳原子与一个锂离子形成LiC6结构存储锂离子，理论比容量为372mAh/g而石墨烯是以单片层单原子厚度的碳原子无序松散聚集形成，这种结构有利于锂离子的插入，在片层双面都能储存锂离子，理论容量明显提高。并且锂离子在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性也将加快充放电速度。石墨烯电池有望解决现在锂电池不稳定、充电慢、容量低的难题。 2 石墨烯电池介绍 2.1石墨烯 石墨烯是是由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜，厚度仅为0.34纳米，单层厚度相当于头发丝直径的十五万分之一。是目前世界上已知的最轻薄、最坚硬的纳米材料，透光性好，能折叠。因为只有一层原子，电子的运动被限制在一个平面上，石墨烯也有着全新的电学属性。石墨烯是世界上导电性最好的材料，在传统的手机锂电池中加入了石墨烯复合导电粉末，提高了电池的倍率充放电性能和循环寿命。石墨烯作为“新材料之王”，有人预言将彻底改变21世纪，极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命。 在2004年之前,大多数物理学家认为，热力学涨落不允许任何二维晶体在有限温度下存在，因而二维单层石墨烯薄片在非绝对零度下是不能独立存在的。但是2004年，英国曼彻斯特大学安德烈-海姆教授和他的同事们首次通过微机械力从高取向热解石墨上剥离出单片的石墨烯碳层，他的发现震惊了凝聚体物理学术学界。关于其制备，化学气相沉积法被认为是目前制备高品质、大面积石墨烯片层材料的最佳方法之一,然而该方法制备的石墨烯材料均为二维的薄膜材料,产品面积虽大但质量微乎其微,很难应用于三维的体相材料，目前最有可能实现石墨烯大规模制备和应用的是氧化石墨热膨胀法和氧化石墨烯还原法。另外,有机小分子合成法可精确控制石墨烯片的形状、大小及成分,也具有很广阔的应用前景【1】。 2.2 石墨烯电极材料 石墨烯作为负极材料的电化学性能在 2003年已有理论方面的研究.通过分子轨道理论计算发现，0.7nm 石墨片层间距是储锂的最佳片层间距。此时，锂离子以双层形式存储在石墨片层结构的空穴中，这种层间距也能有效防止电解质进入片层间，发生形成 ,SEI膜的不可逆反应。同时石墨烯自然形成的皱褶表面也为锂离子提供了额外的存储空穴。如图2b所示如果每片单层石墨都以杂乱无章的形式排列,那么在每片单层石墨的两边均可结和Li+,该材料将可达到约两倍于石墨的理论容量加之在理论上石墨烯片层的边沿以及石墨烯堆积形成的微孔均可存储Li+。进而可推知,单层石墨材料将具有超过两倍石墨的理论容量(即>744mAh/g)。 理想的石墨烯其所有碳原子均暴露在表面,是真正的表面性固体,具有超大的比表面积同时具有良好的导电性和导热性,是很有潜力的储能材料同时石墨烯具有优良的导电和导热特性,即本身已具有了良好的电子传输通道,而良好的导热性能也确保了其在使用中的稳定性;聚集形成的宏观电极材料中,石墨烯片层的尺度在微纳米量级,远小于体相石墨,使得Li+在石墨烯片层之间的扩散路径较短;而且片层间距也大于结晶性良好的石墨,更有利于Li+的扩散传输。因此,石墨烯基电极材料同时具有良好的电子传输通道和离子传输通道,非常有利于锂离子电池功率性能的提高。 石墨烯掺杂改性后的复合材料能改善这两种材料单独使用时的缺点，充分发挥石墨烯与被改性材料之间的协同效应。复合材料的结构以及电化学性能优势主要体现在以下几个方面: (1) 石墨烯片层柔韧，在无外力作用下表面卷曲皱褶，这种特性使其能形成稳定的空间网络，可以有效缓冲金属类电极材料在充放电过程中体积的膨胀收缩，提高材料的循环寿命性能; (2) 石墨烯优异的导电性能能增强金属电极材料中活性物质与集流体的导电接触，增强材料的电子传输能力; (3) 石墨烯表面的活化核点能控制在其表面生长的金属氧化物颗粒保持在纳米尺寸，使锂离子和电子的扩散距离变小，改善材料的倍率性能(4) 大多数金属氧化物具有高储锂容量，复合材料的比容量相对于纯石墨烯有较大提高;(5) 金属纳米颗粒插入石墨片层结构间，能扩大石墨层间距，增加石墨烯的比表面积，从而增加石墨烯材料的储锂容量; (6) 金属或金属氧化物的纳米颗粒能覆盖住石墨烯表层，最大程度防止电解质插入石墨烯片层导致电极材料剥落现象，从而改善材料的循环稳定性能【2】。
石墨烯电池并非是利用石墨烯材料打造的全新形态的电池，石墨烯电池根本工作原理仍与引言所述锂离子二次电池工作原理相同，只是用石墨稀改性的复合材料作为电极材料。在正极里添加少量石墨烯可以增加正极的电子电导而改善电池的放电倍率特性，但一般添加量不到百分之一，不能说加了一点石墨烯的锂离子电池就变成了石墨烯电池，故石墨烯电池可称为石墨烯基电池。 研究中石墨烯也并非完美的仍存在许多问题，以石墨烯经压制形成的石墨烯纸作为锂离子电池负极材料时,循环性能就不很理想【3】,即首次循环之后,比容量就下降到了100mAh/g以下(充电电流密度50mA/g）这主要是由于石墨烯较大的比表面积会导致材料与电解质接触面积大，材料中存储的锂离子与电解质分子会发生不可逆反应形成 ,SEI膜。同时，碳材料表面残余的含氧基团与锂离子发生不可逆副反应，填充碳材料结构中的储锂空穴，造成可逆容量的进一步下降!此外，石墨烯片层极易聚集堆积成多层结构，从而丧失了其因高比表面积而具有的高储锂空间的优势。这直接限制了纯石墨烯材料作为锂离子电池负极材料使用，故研究了大量的石墨烯改性负极材料如石墨烯改性锡基氧化物、石墨烯改性硅基材料、石墨烯改性过渡金属类材料和石墨烯改性其他碳材料。 2.3石墨烯做导电剂 Song等[4]随后也研究了石墨烯添加到其他碳负极材料( 以人工石墨为例) 中，替代传统乙炔黑作为导电添加剂的性能。相比于乙炔黑，石墨烯能提供连续的导电网络，在循环充放电过程中不会因活性物质的体积变化而逐渐丧失导电接触，因而能有效提高材料的循环性能和高倍率性能。然而从成品上看石墨烯替代传统导电添加剂的高倍率性能不理想，实验室研究成果局限在低被率条件下的循环性能和比容量的提高。 3.市场应用 3.1石墨烯和超级电容 将超级电容、锂电池和石墨烯这三者结合巧妙地将全新的石墨烯基复合碳材料引入电容电池的正负极，实现了普通超级电容器与高能电池结合为一体，从而兼有一般超级电容器和蓄电池的优异性能石墨烯全碳电容电池是一种全能的新型动力电源。可解决电动汽车动力问题，还可以在水面舰艇、潜艇、无人机、导弹以及航天领域中应用。特别是其独具的安全性能将会对电动车产业发展带来深刻影响。这一产品集锂离子电池能量密度和超级电容器功率密度优势于一身，按照新国标检测，循环寿命达4000次以上，使用温度范围从零下30摄氏度至零上70摄氏度。在保证一定续驶里程的基础上，可实现大电流快速充电和超长的循环使用寿命。新型石墨烯全碳电容电池的优点是储电量大，由电能转化成化学能，再转化成电能释放出来，其能量密度已经超过目前最顶级的锂离子电池，功率密度接近超级电容，在结构上实现了电池和传统电容的内并，实现了电池和电容的优点兼备。 3.2华为石墨烯基电池 近些年华为掌门人任正非高调宣布进军石墨烯的研发和有关产业化，去年华为中央研究院瓦特实验室宣布在锂离子电池领域实现重大研究突破，推出业界首个高温长寿命石墨烯基锂离子电池。对于智能手机而言，采用了石墨烯技术的手机，充电速率要比普通手机提高 40%，国外研究机构已通过石墨烯开发出 20 秒高速充电的手机锂电阴极材料。甚至还可以做出柔性度较高的手机屏幕。此外，这一研究成果将给通信基站的储能业务带来革新。在炎热地区使用该高温锂离子电池的外挂基站工作寿命可达 4 年以上。石墨烯基锂离子电池也将助力电动车在高温环境下持久续航，以及无人机高温发热下的安全飞行。
