石墨烯電池

石墨烯是一片以蜂窩狀晶格模式結合在一起的碳原子，由於它擁有無數令人驚訝的屬性，它被廣泛地認為是一種“神奇材料”。它是電能和熱能的一種有效導體，具有極輕的化學惰性，並且具有很大的比表面積。它也被認為是生態友好型和可持續的，有無限的可能性，為眾多的應用。

在電池領域，傳統的電池電極材料(以及潛在的電極材料)在石墨烯的增強下得到了顯著的改善。石墨烯電池重量輕，耐久，適合大容量儲能，並縮短充電時間。它將延長電池的壽命，這種壽命與塗覆在材料上或添加到電極上以達到導電效果的碳量呈負相關，石墨烯增加了電導率，而不需要常規電池中使用的碳量。

石墨烯可以用多種方式改善電池的能量密度和形態等特性。鋰離子電池(和其他類型的可充電電池)可以通過將石墨烯引入電池的陽極，利用材料的電導率和大比表面積特性來實現形態優化和性能的提高。

人們還發現，製造混合材料對電池的增強也是有用的。釩氧化物(VO)的雜化2)和石墨烯，例如，可以用於鋰離子陰極，並提供快速充放電以及大的充電循環耐久性。在這種情況下，VO2它提供了很高的能量容量，但導電率卻很低，這可以通過使用石墨烯作為一種結構“骨架”來連接VO來解決。2-創造一種既提高容量又具有優良導電性的混合材料。

另一個例子是LFP(鋰鐵磷酸鹽)電池，它是一種可充電的鋰離子電池.它的能量密度比其他鋰離子電池低，但功率密度更高(一個指示電池可以提供能量的速率)。用石墨烯增強LFP陰極，使電池重量輕，充電速度比鋰離子電池快得多，比傳統的LFP電池有更大的容量。

除了革新電池市場，石墨烯電池和石墨烯的結合使用超級電容器可以產生驚人的結果，如著名的概念，提高電動汽車的駕駛範圍和效率。雖然石墨烯電池尚未實現廣泛的商業化，但據報道，世界各地都有電池突破的報道。

電池基礎

電池是一種移動電源，允許電動設備工作而不直接插入插座。雖然存在許多類型的電池，但它們工作的基本概念是相似的：一個或多個電化學電池將儲存的化學能轉化為電能。電池通常由金屬或塑料外殼組成，包括正極(陽極)、負極(陰極)和允許離子在它們之間移動的電解質。分離器(可滲透聚合物膜)在陽極和陰極之間建立屏障，以防止電短路，同時還允許在電流通過期間關閉電路所需的離子電荷載流子的傳輸。最後，集電極用於通過所連接的裝置在電池外進行充電。

當兩個終端之間的電路完成後，電池通過一系列反應產生電能。陽極經歷了一個氧化反應，其中兩個或更多的離子從電解質與陽極結合，產生化合物，釋放電子。同時，陰極經過還原反應，陰極物質、離子和自由電子結合成化合物。簡單地說，陽極反應產生電子，而陰極反應吸收電子，從這個過程中產生電。電池將繼續產生電能，直到電極耗盡產生反應所需的物質為止。

電池類型和特性

電池分為兩大類：一次電池和二次電池。一次電池(一次性)，一次使用，作為電極材料變得無用，其中的電極材料在充電過程中會發生不可逆轉的變化。常見的例子是鋅碳電池以及用於玩具、手電筒和多種便攜式設備的鹼性電池。二次電池(可充電)，可以多次放電和充電，因為原來的組成電極能夠恢復功能。例子包括用於車輛的鉛酸電池和用於便攜式電子產品的鋰離子電池。

電池有各種形狀和大小，有無數不同的用途。不同種類的電池顯示出不同的優點和缺點。鎳鎘(NiCd)電池能量密度較低，使用壽命長、放電速率高、價格低廉。他們可以在攝像機和電動工具，以及其他用途中找到。鎳鎘電池含有有毒金屬，對環境不友好。鎳-金屬氫化物電池具有比鎳鎘電池更高的能量密度，而且循環壽命更短.應用程序包括移動電話和筆記本電腦。鉛酸蓄電池笨重，在大型電力應用中發揮著重要作用，重量反而不是關鍵，而是經濟價格。它們在醫院設備和應急照明等用途中非常普遍。

鋰離子(鋰離子)電池是在重要的高能量和最小重量的地方使用，但該技術是很脆弱的，並需要一個保護電路，以確保安全。應用程序包括手機和各種計算機。鋰離子聚合物電池主要存在於手機中.它們重量輕，比鋰離子電池更輕巧.他們通常更安全，壽命更長。然而，由於鋰離子電池製造成本較低，而且能量密度較高，所以並沒有普及。

電池和超級電容器

雖然有些類型的電池能夠儲存大量的能量，但它們體積很大，重量很重，釋放能量也很慢。另一方面，電容器能夠快速充電和放電，但比電池所能承受的能量要少得多。然而，石墨烯在這一領域的使用為儲能提供了令人興奮的新可能性，具有高的充放電率，甚至是經濟的可負擔性。石墨烯-提高了性能，從而模糊了傳統的區分超級電容器還有電池。

石墨烯增強電池產品走向商業化

石墨烯基電池具有令人興奮的潛力，雖然它們還沒有完全商業化，但研發是密集的，並有望在未來產生成果。

2008年12月，印度原木9號材料公司宣佈正在研製石墨烯基金屬空氣電池。理論上，這甚至可能導致電動汽車在水上運行。金屬空氣電池以金屬為陽極，空氣(氧)為陰極，水為電解質。在電池的空氣陰極中使用石墨烯棒。由於必須使用氧氣作為陰極，陰極材料必須是多孔的，才能讓空氣通過，這是石墨烯最擅長的特性。根據Log 9材料，電極中使用的石墨烯可以三分之一的成本將電池效率提高5倍。

2007年11月，三星開發了一種獨特的石墨烯球，它可以使鋰離子電池的壽命更長，充電速度更快。..事實上，三星高級技術學院(SAIT)表示，使用新型石墨烯球材料製造電池，將使電池容量提高45%，充電速度提高5倍。還有人說，使用這種石墨球材料的三星電池將能夠保持60攝氏度的溫度，這是電動汽車所必需的。

2006年11月，華為推出新型石墨烯增強鋰離子電池這可以保持在較高的溫度(60°度，相對於現有的50°限制)的功能，並提供更長的操作時間-比以前的電池可以實現的兩倍。為了實現這一突破，華為引入了幾項新技術-包括電解質中的抗分解添加劑、化學穩定的單晶陰極-以及

石墨烯促進散熱..華為表示，石墨烯將電池的工作溫度降低了5度。

2014年6月，總部設在美國Vorbeck材料公司宣佈Vor-電源帶，一種輕量級的、靈活的電源，可以連接到任何現有的袋子帶上，以支持移動充電站(通過2個USB和一個微型USB端口)。該產品重450克，可提供7200 mAh，可能是世界上第一個石墨烯增強電池.

2014年5月，美國公司Angstron材料推出了幾種新的石墨烯產品..據說，這些產品大約在2014年底才能上市，其中包括一系列石墨烯增強鋰離子電池負極材料。這種電池材料被命名為“納米GCA”，被認為是一種高容量陽極，能夠通過將高容量硅與機械增強和導電石墨烯相結合來支持數百個充放電循環。

電動汽車用石墨烯電池領域也有發展。亨裡克·菲斯克宣佈了新的電動汽車項目它將在2016年11月推出石墨烯增強電池，有望成為特斯拉的競爭對手。然而，菲斯克電池後來被宣佈不依賴石墨烯。

2014年8月，特斯拉建議開發一種“新電池技術”，這將使他們的S型電動汽車的容量幾乎翻一番。當然這是非官方的，但合理的假設有石墨烯參與這個電池。