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石墨烯超級電容器或代替鋰電池改變汽車未來駕駛

時間:2015-10-29 09:13來源:環球網作者:西顧

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據英國媒體報道，研究人員對石墨烯進行實驗，或將代替鋰電池，減少充電時間，引領電動車進入新時代。

　　盡管儲存能量的鋰離子電池價格便宜，使用持久，但若沒有發電機為其充電，電動車根本走不了太遠。即使現代科技發達，電池充電也至少需要20分鐘，因此電動汽車難以真正與汽油車和柴油車進行競爭。

　　許多人嘗試解決這一問題，均以失敗告終。來自韓國光州科學技術研究所的Lu Wu對現代理想材料石墨烯的最新研究，希望將實驗結果商業化，解決電池問題。嚴格地說，盧博士和他的同事們在研究超級電容而非電池，超級電容是一種將類似電池中的電解液及普通電容器結合在一起的設備。超級電容器如同正常的電容器，能源以靜電的形式存儲在材料表面，但與普通電容器不同的是，當為超級電容器充電，靜電附著于電解液離子表面。因為是靜電的依附而非化學狀態離子的變化(電池的工作原理)使得存儲過程加速，因此超級電容器比電池充電速度更快。

　　超級電容器并不是一個新想法。石墨烯是一種只有一個碳原子厚度的二維材料，尤其適合制作電池。每克石墨烯面積達2675平方米，整個表面可以存儲靜電，因此石墨烯可用來制造超級電容器，比鋰離子電池帶有更多的能量。

　　Lu博士的問題在于如何將石墨烯利用在超級電容器中，并進行合理工業化生產。他的解決方案是控制爆炸已炸毀的石墨碎片。石墨是由一層層以蜂窩狀有序排列的平面碳原子堆疊而形成的，石墨的層間作用力較弱，很容易互相剝離，形成薄薄的石墨片。當把石墨片剝成單層之后，這種只有一個碳原子厚度的單層就是石墨烯。

　　Lu博士的制備過程包括兩個階段。首先，將粉末狀石墨以受控方式暴露在空氣中，制備一種稱為氧化石墨的物質。但這并不是真正的具有固定化學式的氧化物。相反，它是石墨狀物質，在石墨稀層之間具有富氧原子團。然后在容器中將氧化石墨加熱至160度，注意容器內的氣壓是大氣壓的十分之一。加熱會引起氧化石墨發生化學反應，產生二氧化碳和水蒸氣。經過進一步處理過剩氧之后，石墨就適合制備超級電容器了。

　　盡管石墨烯體積小，但效果良好——它可以存儲一公斤鋰離子電池所儲存的電量，且在四分鐘內充滿電。將石墨烯數量增加至一輛車的需要時，需要一個健全的系統進行快速充電。目前此類系統不適合家庭使用，可以安裝在路邊加油站。

　　這將幫助我們擺脫目前電動汽車遇到的充電問題。如果原油具備可以匹配鋰離子電池的儲能能力，那么改良版本定會明顯超過它。超級電容器的持續實踐還有待觀察，但如果證明它如電池般耐用，使用可靠，價格便宜，將成為重大突破并改變汽車駕駛的未來。

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