超级锂电池——石墨烯

石墨烯电池正在积极研究各种商业应用。在传统的金属离子电池上开发石墨烯电池时，性能和生命周期的改善是非常值得的。真正的石墨烯电池的突破来自于锂-硫电池阴极的石墨烯-锂-锂混合化学反应。这种技术将需要多年的商业化和深入研究。更先进的石墨烯电池技术将需要大量的研发支出，并需要很多年才能商业化。

传统的电池技术

锂是可充电和不可充电电池中常用的材料。虽然碱性和锌基电池是可用的，但由于它们的高电荷密度，它们的使用寿命通常较短。与锂电池不同，这些电池不能在更高的电压下运行。

一个主要的(不可充电的)电池由两个电极组成，只允许电流通过中间电解液流向一个方向。次级(可充电)电池仍然包含两个电极，但是锂离子可以在两个方向上流动，这取决于充电或放电。

阳极是典型的锂基(金属氧化物)化合物，而阴极是一种多孔碳。阳极和阴极都具有固定的孔结构，使锂离子在电流的作用下进入孔内。当没有电流被应用时，离子会吸附到电解质溶液中。

锂离子的吸收可以在阴极和阳极上进行。当电池被使用时，离子向阴极移动。在充电过程中，电流被反转，离子被吸收进阳极。这个过程允许产生许多周期，从而延长寿命。阴极的选择材料是传统的石墨，但它可以因阳极而异。最常见的类型包括Li4Ti5O12、LiNiCoAlO2、LiFePO4、LiNiMnCoO2(NMC)、LiCoO2和LiMn2O4。

石墨烯电池技术

石墨烯电池技术的结构与传统电池技术相似，两个电极和一个电解质溶液用于促进离子转移。石墨烯电池和固态电池的主要区别在于一个或两个电极的组成。

这种变化主要存在于阴极，但也有可能在阳极中利用碳源。传统电池的阴极完全由固态材料组成，而合成材料则是一种含有固态金属材料和石墨烯的混合材料，作为石墨烯电池的阴极。

根据预期的应用程序，复合材料中的石墨烯的数量可能有所不同。在电极中加入的石墨烯通常是基于性能要求，取决于固态前体材料的现有效率和/或缺点。

石墨烯电池突破

真正的石墨烯电池的突破是将石墨烯-锂离子混合化学物质加入到锂硫电池的阴极中。石墨烯电池没有使用纯石墨烯电极，许多石墨烯电极都是用类似传统电池的方式制造和操作的。

通过将石墨烯添加到电极配方中，改善了其性能。基于无机的电极在密度、电导率、表面积、容量、电容或周期等方面都有局限性。

石墨烯是一种多才多艺的分子，拥有许多独特的、令人满意的特性，而且它可以以多种方式被采用，因为没有一种适合所有使用石墨烯的解决方案。石墨烯用于改进现有的许多传统材料的优点，但它也有助于克服先前的电池限制，从而提高电池寿命或性能。

在电极中，石墨烯以两种一般的方式工作，既可以作为复合材料，也可以作为一种辅助材料。作为一种辅助材料，石墨烯有助于保持金属离子的正常有序，这有助于提高电极的效率。石墨烯作为一种电极的复合材料，通常参与到电荷本身的简化过程中，它的高电导率和有序结构是对其非石墨烯先导物进行改进的重要属性。

石墨烯电池技术

电池的寿命与每个充电/放电周期电极表面发生的副反应的程度有关。这些寄生过程的速率与涂在材料上或在电极上添加的碳量直接相关，以达到必要的电导率。石墨烯基电极是用传统电极中所使用的碳的一小部分来制备的，从而使寿命延长。基于石墨烯的超级电容薄膜将能够在几分钟内完全充电，而不是传统电池所需要的几个小时。但是，尽管它可能比标准电池更快地充电和释放能量，但它们目前的能量却不那么大。科学家们希望通过进一步研究改变的一个方面。