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第二百三十二章 石墨烯氧化釩電池的製作

這個時候,曹旬和張流已經來到了實驗室,此時正坐在一個位置上,等待商易雲的到來。

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“曹旬、張流兩位學長,沒想到你們來得這麼早,現在距離下午兩點還有五分鐘呢。”

聽到商易雲的話,曹旬從座位上站了起來,然後說道。

“我們也是剛來到這裡,也就早來了五分鐘,沒有等待太長時間。”

不過,商易雲也沒有忘記來實驗室的目的。

“好啦,我們來到實驗室是為了做實驗,不是為了探究什麼時候來實驗室這個問題,既然都到齊了,那就開始做實驗吧。”

說完這些話,商易雲就來到了實驗臺前,把一些實驗能夠用到的材料放在了實驗臺上,然後就按著實驗的步驟開始做實驗。

不過在做實驗之前,他還是回憶起,一些和石墨烯電池有關的知識。

石墨烯電池是透過改進現有的鋰離子電池製成的,這是透過在電極中新增石墨烯來實現的,石墨烯可以改變電極的化學和物理性質,結果改善了充放電速率特性和容量,改進的放電速率意味著石墨烯電池具有更高的最大輸出功率。

商易雲要研究的石墨烯電池,主要有兩種,一種是石墨烯氧化釩電池,另一種是石墨烯磷酸鐵鋰離子電池。

第一種石墨烯氧化釩電池的主要組成成分是,氧化釩(VO2)和石墨烯的混合物,該混合電源可用於鋰離子電池陰極,測量結果表明,這種混合陰極能在20秒內完全充放電,並能承受1000多次充電迴圈。1000次迴圈後,容量仍優於標稱的90%。

釩氧化物在鋰離子電池中具有高的能量容量,這是因為它們像海綿相同收集鋰離子,使用氧化釩(VO2)或五氧化二釩(VO5)的有一種缺點,那就是氧化物通常是不好的導電體,低電導率導致較慢的充放電速率。

所以商易雲找到了一種利用石墨烯作為氧化釩結構骨架的方法,石墨烯是一種優秀的導體,這種混合材料從氧化釩那裡繼承了良好的容量特性,從石墨烯那裡繼承了良好的導電性,從而可以快速充電。

該工藝由氧化石墨奈米片與VO5粉末混合而成,混合物懸浮在水中並加熱到高溫。,在這些溫度下,五氧化二釩還原為VO2,而氧化石墨則還原為石墨烯,當VO2結晶時,它會形成約10奈米厚、600奈米寬的奈米帶,並帶有單原子厚度的石墨烯塗層,這些帶有幾十微米長,它們有非常大的比表面積,由於VO2的離子浸泡特性和石墨烯的高導電性,使得電子和鋰離子的擴散非常快,這兩個特性的結合,使快速充放電率,以及高的最高功率輸出這些電池。

製造石墨烯電池的真正技術難點在於vo2-石墨烯混合材料的實際製造,為了生產這種混合物,必須非常精確地控制溫度、壓力和混合物濃度等工藝條件,當然,現在的工藝條件已經達到了要求,只要能研發成功,就可以實現大規模的生產。

第二種石墨烯電池是石墨烯磷酸鐵鋰離子電池。

磷酸鐵鋰鋰離子電池又稱磷酸鐵鋰(LFp),是一種以磷酸鐵鋰為陰極的可充電電池,LFp電池是一種可充電的鋰離子電池,儘管它們的能量密度比其他一些消費級鋰離子電池要低,但它們的功率密度卻更高,功率密度是電池供應能量的速率指標。

由於其較高的功率密度,所以可以很好的應用在新能源汽車上,LiFepo4電池具有更好的熱穩定性和化學穩定性,它比其他鋰離子電池更安全。它們在充電過程中很難點燃,LFp電池比其他鋰離子電池在充電失敗前更容易被濫用。

石墨烯電池不僅充電速度比鋰離子電池快很多倍,而且容量也更大,超過了傳統LFp電池的理論最大容量。

將LiFepo4奈米顆粒與氧化石墨烯奈米薄片混合,並採用噴霧幹燥和退火等工藝,製造出一種由LiFepo4初級奈米顆粒嵌入次級球形微粒組成的材料,這些微粒透過石墨烯片的三維網路松散地包裹在一起。、

石墨烯是一種極好的導電材料,它的應用大大提高了電子的遷移率和遷移率,石墨烯片上的奈米孔可以新增整個三維石墨烯基體的Li+遷移率,它們創造的基本上是一個離子海綿,可以吸收鋰離子,同時允許電子在矩陣中自由移動。

當應用於石墨烯電池時,這種新型的lifepo4-石墨烯複合材料產生了很好的效果,使電池具有一些很好的效能,關於新能源汽車來說,重量的減輕是一個受到熱烈歡迎的進步。

這些改進的LFp石墨烯電池可以在10℃充電,在20℃放電1000次,容量衰減率僅低於15%。

普通鋰離子電池的充電溫度為0.5-0.8C,放電溫度可達1℃。另一方面,這些改進的石墨烯電池能夠以比傳統鋰離子電池高20倍的速度可靠地充放電。峰值放電率被安全地提高到70C,這是電池功率密度提高70倍。

這次實驗,商易雲要製作的石墨烯電池,是石墨烯氧化釩電池,至於另外一種,等到第一種研制成功之後,再考慮第二種。

每個實驗步驟,商易雲都十分謹慎的對待,不敢有絲毫大意,就這樣,過了一段時間,他看著試驗臺上的東西,欲哭無淚。

商易雲沒有想到,已經瞭解了石墨烯氧化釩電池的製作原理,卻沒想到實驗還是失敗了,他不知道究竟是什麼東西影響了實驗的成敗,只能坐在了凳子上開始回想剛才實驗的步驟。

如果不弄清楚原因,就算再次做實驗,也可能會以失敗而告終。

這個時候,曹旬和張流也沒有閒著,剛才實驗的步驟,他們也看在眼裡,所以也陷入了沉思。

此時此刻,商易雲回想實驗的步驟,不放過一絲一毫的細節,因為在實驗之中,細節決定的成敗,很多實驗的失敗,都是因為細節出了問題。

就這樣時間一分一秒的過去,商易雲緊皺的眉頭也舒展開來,他已經抓住了一些線索,雖然還不知道實驗失敗真正的原因,但是他相信,再給他一段時間一定可以想清楚失敗的原因。