传说中的“充电5秒钟，使用半个月”的石墨烯电池来了
传说中的“充电5秒钟，使用半个月”的石墨烯电池来了
北京时间7月8日，石墨烯基锂离子电池产品发布会在京举办，国内最早进入石墨烯领域的上市公司之一东旭光电推出了世界首款石墨烯基锂离子电池产品——“烯王”。这次石墨烯基锂离子电池产品的问世，代表着我国在石墨烯技术上已领先于别国，这是历史性的一刻，恭喜祖国！作为世界首款石墨烯基锂离子电池产品——“烯王”。该产品性能优良，可在-30℃—80℃环境下工作，电池循环寿命高达3500次左右，充电效率是普通充电产品的24倍。“‘烯王’的落地开启了石墨烯在能源领域的应用时代。”东旭光电投资负责人、上海碳源汇谷董事长王忠辉表示：“该石墨烯技术是石墨烯在锂电池应用史上的一次革命性突破，是石墨烯业界翘首以盼的真正的杀手级应用。”国务院参事、原国家能源局局长徐锭明表示:“从长远看,未来能源不取决于对资源的占有，而取决于能源高科技的突破。东旭光电在石墨烯基锂离子电池方面已取得了突破性进展,率先进入了石墨烯应用领域。”众多国家重视发展石墨烯技术什么是石墨烯？为什么当它的时代到来，会为中东产油国带来巨大的经济灾难，甚至可能破产？石墨烯将取代硅，为世界电子科技开创一个崭新的时代！石墨烯手机充电时间只需5秒，电池就满档，可以连续使用半个月！石墨烯电池只需充电10分钟，环保节能汽车就有可能行驶1000公里！科学家确认，石墨烯未来将取代煤炭与石油天然气，成为提供人类生活所需大多数发电能源的来源！石墨烯是世界上最薄、最硬的材料，于2004年问世，发现石墨烯的英国曼彻斯特大学诺沃肖洛夫教授凭着这一重大发现而于2010年获得诺贝尔物理学奖！这标志着不久的将来，所有依靠生产石油赚取收入的国家将面临经济大灾难，石油将无人问津，油价将跌落谷底，中东许多产油国将有可能排队破产！科研发展的未来，将会出现以石墨烯电池发电的环保汽车，势必为世界汽车工业带来巨大的革命转变。届时石油的需求量将大幅降低，中东及东南亚依靠石油生存的产油国将面临灾难性的经济打击！能想象手机不必携带行动电源，只要出门前充电5秒，电量就可以使用长达半个月吗？这样的技术在石墨烯的帮助下未来将可以实现。一种新的“黑科技”就是石墨烯技术，现已横空出世。据报道，利用石墨烯聚合材料生产出来的汽车电池，有望达到这样惊人的效果：只充电几分钟，就可以让汽车连续开行1000公里。这种技术在西班牙、韩国等地，都接近于实现突破。但这仅仅是石墨烯的神奇应用之一。据称，石墨烯材料如果取代硅，有望让计算机处理器的运行速度快数百倍；石墨烯有望引发触摸屏和显示器产品的革命，制造出可折叠、伸缩的显示器件；石墨烯强度超出钢铁数十倍，有望被用于制造超轻型飞机材料、超坚韧的防弹衣等。中国石墨烯技术世界第一石墨烯被许多国家列为头号技术研发。虽然石墨烯起于英国，但目前为止，中国的石墨烯发展技术领先于世界！目前全球已有超过200个机构和1000多名研究人员从事石墨烯研发，然而中国在石墨烯研发上，目前已申请超过2200项专利，占世界的3分之1。2015年全球石墨烯专利数据显示，排名首位的依然是中国，之后是美国、韩国、日本。中国石墨烯行业的发展也获得了政府强有力的支持。中国非常重视石墨烯科技工艺的研发，对石墨烯未来全面取代石油和天然气资源的前景充满信心。在我国战略指引下，国家在“十二五”规划中间明确将新材料列为重要的战略新兴产业；国家自然科学基金委员会已经陆续拨款超过3 亿元资助石墨烯相关项目；国家引导石墨烯产业成立了中国石墨烯产业技术创新战略联盟，联盟常务理事单位分别对石墨烯技术路线、标准战略、专利布局、国际合作和产业促进进行支持和合理引导。日，*********主席携带华为总裁任正非参观英国曼彻斯特大学石墨烯研究院，为石墨烯行业发展站台。华为创始人任正非在一次媒体采访时说：“未来10～20年内会爆发一场技术革命颠覆时代，石墨烯时代将取代硅时代。”华为也宣布与英国曼彻斯特大学合作研究石墨烯的应用，共同开发ICT领域的下一代高性能技术，研究如何将石墨烯领域的突破性成果应用于消费电子产品和移动通信设备。对于市场规模，中国石墨烯产业技术创新战略联盟曾预测，石墨烯产业一旦形成了突破后，可能很快会实现指数式发展，预计到2020年，中国石墨烯产业能达到1000个亿。 & &科学技术是第一生产力，未来国与国之间的竞争是科技之争，能源之争。石墨烯开发应用技术已经到了亮剑时刻。延伸阅读：5年后的世界，看完震惊！！曾经小时候让你写一封很拉风的未来科技的文章，如果让我加个日期，我会或许会写上2020年，一个感觉很遥远的的年份，但算一下，我年纪还不老，还可以学习跟得上的，那么小时候我们的的天马行空实现了吗？1、这是我未来的手机屏幕。2、帮你把重点记在电脑里的马克笔3、可以透过全息摄影的技术学做料理4、3D笔，让你体会一把神笔马良5、会自己移动的迷你打印机6、自动美甲的机器，已经看到了一大波美甲师失业了！7、葫芦娃附体超强吸水的地面8、未来计算机是触觉9、所有的垃圾都找到了归宿10、假肢也能跑步，能爬山，能跳舞，无负担！11、打开手机摄像头，你也可以精通八国语言。12、一次可同时拍两页，而且不需要按下拍照键，翻页就会自动捕捉画面。13、背后帖张纸，放在充电板里就可以充电。14、眨个眼就可以拍照15、人肉发电机鞋垫，边走路边充电颠覆你思维的汽车就要来了！废话不多说，先上视频！（视频来自极果网）忘记现代汽车的圆形轮胎吧。&固特异最近推出了新的“鹰360”的概念轮胎，提供一个球面设计，可能从此改变你对汽车的看法。鹰-360轮胎在日内瓦车展上周惊艳亮相，并专门为自主车的设计，只为谷歌和某些其他少数公司生产。&它们不仅提供额外的机动性，并且可以迅速转动，而且可向任何方向移动。其原理就悬浮的能力“磁悬浮系统”，&最接近的比喻是类似磁悬浮列车通过利用磁极的悬浮的原理来固定轮胎；&其他功能包括连接性，提供对轮胎气压和胎面磨损的检测，“仿生学”的设计，使得一个特殊的胎面对不断深入的“模仿脑珊瑚的形态和行为像一个天然海绵，设计能在各种条件下变硬和变软。当然这些都是概念，所以这并不意味着鹰-360不会推出一个实际的汽车，但我们喜欢固特异，并且非常期待这辆样车尽快面世。除了给乘客带来的好处，球型设计让各个方向的轮胎滚动自如，显然提高汽车的机动性，四面八方。&这里是一个巨大的胜利：如果所有的轮胎是球体，你再也不用平行泊车。&只是旁边拉起一个空格，水平移动了。&据称，乘客舒适度将发生巨大变化的同时，路面噪音会减少。&这是很有意义的，考虑到与路面的相互作用是如何传送到车辆乘员因为轮胎和轴之间的物理链路的，这不仅仅是一个磁性球，当然， 还有需要解决一些明显的设计问题。&例如，由于轮胎球体的大小，汽车的挡泥板下每天进食轮胎的需要大大缩短了前轴和后轴。&然后有潜在的代价。&优质橡胶和橡胶的传感器装球价格昂贵等。假设这些障碍是可以克服的，这是一个不错的主意，我们当然希望固特异追求的理念能够成功，这可能是未来十年的汽车，我们拭目以待。【魅客智能】是一家专注“智能健康”的科技公司，集研发、生产、销售于一体，致力于利用人工智能，服务人类健康生活！现面向全国诚招经销商，尊享热线：王生：&阿里巴巴网址：地址：深圳市宝安区西乡恒丰工业城C6栋101点击阅读原文 领取优惠券
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Copyright 2015石墨烯距离能源商品化的时间还有多久？– 超级电容篇_新能源Leander-爱微帮
&& &&& 石墨烯距离能源商品化的时间还有多久？– …
本文来源：知乎 宫非专栏石墨烯具有优异的电学、热学与力学特性，近年来一直是众所瞩目的焦点，而且在电子组件、复合材料、气体传感器与能源储存等应用领域皆有突破性发展。在众多的能源储存组件中，超级电容具有高功率密度、快速充放电、高循环寿命、无污染、免维护等优点，在混合电源系统、再生能源储能系统、高功率脉冲电源等，超级电容都有无可取代的地位，因此无论在汽车、电力、铁路、通讯、军事、工业应用、消费性电子产品等方面皆有着极大的应用价值与市场潜力。目前研究报告显示，石墨烯本身优异的高比表面积与丰富的中孔结构，使石墨烯超级电容的能量密度与功率密度大幅提升，相信石墨烯超级电容于储能的应用将是指日可待。如果各位读者看过我前面两篇谈到如何运用石墨烯的技巧的话，后面几篇就比较容易重新思考如何来进行各类能源产品的开发。首先，以往部分所谓的能源专家都不曾真正认识过石墨烯，还停留在石墨烯很贵、比表面积太大不适合现有工艺的概念阶段，就一昧否定其真正的价值。普遍不是认为比表面积高对技术开发有利吗？怎么在这里却变成了负担？再者，也因为大部分石墨烯厂商都用氧化还原法造成碳材严重缺陷，所以导电性不佳，所以就误认为石墨烯根本没用。但如果我说这些都不存在问题了，那专家们总该闭嘴专心研究怎么把这些能源产业做大、做强吧。切记，石墨烯不是万灵丹，要做出好东西还是要回到最原始、最单纯的物性要求。你要导电率高的石墨烯，还是比表面积高的石墨烯，是凝胶状的石墨烯，还是薄膜状的石墨烯，我们都可以做出来，只要你清楚怎么去取舍及真正找到关键主因就简单多了。其实最难的就是「改变」大家先入为主的观念，就举超级电容为例，大家一谈到石墨烯就马上想到比表面积达到 2630 m2╱g，比活性碳还要高，做好超级电容不该是手到擒来的事吗？这里告诉各位一个残酷的事实，一般化学法制备的石墨烯比表面积仅有 200 m2╱g，所谓的 2630 m2╱g不过是理论计算出来的结果。但各位也不用灰心，我们也做出超过 900 m2╱g的石墨烯粉末，也有另一款比表面积 20 m2╱g的石墨烯用在透明导电膜是绝配，所以我才会说不同的石墨烯要找到对的地方去应用才是王道呀。「超级电容」(Supercapacitor)又可称为「电化学电容器」或「超高电容器」(Ultracapacitor)，其储能特性恰好与锂离子二次电池相反，藉由活性材料或多孔性材料来进行电荷的储存与释放，比起传统的「介电电容器」具有更高的能量密度(Wh/Kg)，比起传统的充电电池具有更高的功率密度 (W/Kg)，并且循环寿命 (Cycle
life) 可达万次以上。也就是说除了「能量密度」比锂离子电池差外，其它性能都能完胜，那我们就来把超级电容的能量密度提高到锂离子电池不就结了。这个观念铁定正确，但很难做到，至少目前还没有人做到这个境界。要回答怎么应用石墨烯做出能量密度高的超级电容前，我们照例先来了解超级电容的作用原理。举个「电双层超级电容」为例，系利用电极与电解质之间的库仑静电力，造成电解质中电荷分离的现象，进而形成电双层来达到储存电容的目的。由于超级电容电极与电解质之间无电荷转移反应发生，因此并没有法拉第电流产生，只有非法拉第过程的电荷吸引与排斥，造成电荷分离而储存电能，其整体储能特性与电极材料的比表面积息息相关，一般采用具有高比表面积的碳材料。「双电层超级电容器」是利用电极与电解质之间形成的「接口双层」来存储能量，使用的电极材料有活性碳 (活性碳粉末、活性碳纤维)、碳凝胶、碳纳米管。电容器的容量大小与电极材料的孔隙有关，孔径在2~50nm之间为「中孔」，在保证孔径为中孔的前提下可有效提高材料的比表面积，才能有效的提高双电层电容。以目前使用的商品化活性碳电极材料而言，虽说活性碳具有高比表面积 (1000～3,500 m2╱g)，但大多属于储存电荷容量贡献比例偏低的「微孔」孔洞，导致整体电容量变小。所以真正的关键在「电荷吸引与排斥」。各位可能不知道外面号称比表面积高的石墨烯并不见得可以用在超级电容，因为某些石墨烯微片的比表面积是经氧化还原过程的摧残所造成的「破洞面积」，并不是我们想让电荷吸引与排斥的「使用面积」，所以「孔洞型石墨烯粉末」及「石墨烯气凝胶」就相对更适合用在超级电容上。难吗？不会，就是因为懂材料的不懂超级电容的特性，懂超级电容的不懂石墨烯，才会闹这类的笑话。我们先来比较 18650 锂离子电池与典型超级电容电路放电曲线 (图 1、2 )，可以观察到超级电容曲线是呈指数规律下降的，没有明显的线性区。超级电容放电至 0.6~0.8V左右时就非常难拿来给设备供电了，即使这时标称 2.7V 的超级电容来说还有 10% 的电量剩余。当你给一个完全没电的超级电容充电时，同样的，一开始充进去 10% 的电也是利用不了的，相当于白白浪费了。所以解决了能量密度后，这个充放电平台的问题是接下来要解决的瓶颈，这点我们以后再回头来讨论，这里只能说这是可以透过电路去调整的。谈到超级电容本身就面临三个问题亟待解决。第一，目前超级电容和锂电池等化学电池相比，单位能量密度的价格相当高、重量体积也没有很大的优势。目前最好的超级电容的能量密度是锂离子电池20 Wh/kg，这是阻碍超级电容在消费电子上广泛应用的硬伤。没有达到200 Wh/kg都不要想能取代锂离子电池。第二，安全问题，因为超级电容还没有在消费电子领域广泛应用，缺乏相应的行业标准，因此相比 18650 锂离子电池安全问题比较突出。为了提高效率，现在单个超级电容的 ESR 一般在 mΩ 级别，这就意味着一旦短路后果非常严重。这点表示迟早超级电容要发展到固态电解质的技术。第三，电路设计问题。超级电容本身同样存在普通电容存在的内部漏电的问题，现在普通的超级电容充到标称电压后一般搁个十来天就彻底没电了，不能用于需要长期存储电能的应用。目前量产的超级电容单体最高电压只能到达 2.7V 左右，而且超级电容的储能特性曲线是由 0V 开始的，这就意味意一旦单体电压降到 1V 以下剩余的能量就很难再利用了。但由于安全问题面临与锂离子电池同样的技术瓶颈，且电路设计可以用额外设计储能和负载均衡电路来解决，这必须配合模块厂电路专家来配套，限于篇幅，所以我们在这单纯就如何提高能量密度来讨论。目前超级电容的研究改进方向有二，其一为「电极材料」的设计与合成，达到电极材料孔洞结构与比表面积之提升，进而提高整体的比电容量。其二朝「电解质」着手，搭配具有高分解电压之电解质，进而提高超级电容的能量密度。石墨烯不仅具有高比表面积与高导电性，而且以存储电荷容量贡献比例高的中孔孔洞居多，有助于提升超级电容的比电容量，倘若搭配高分解电压的有机电解质，更可以帮助电解质离子的移动与扩散，在提升能量密度的同时，并可减少功率密度的下降。在改进之前我们先来解决一个普遍存在的小问题—石墨烯的分散。目前石墨烯应用于超级电容，由于石墨烯材料不易分散，而且容易在涂布电极与烘干后相互堆栈，导致电极材料比表面积下降，无法展现石墨烯优异的电容特性。因此文献上添加碳黑或碳纳米管做为添加材料，不仅改善石墨烯垂直面导电性差的问题，更可以抑制石墨烯堆栈，维持石墨烯的高比表面积，展现高比电容量。我再来说个小秘密，很多高校课题组问我石墨烯悬浮液经干燥后容易堆栈，我们找到个好方法，使用「冷冻干燥法」就可以避免了。但我相信很多从事石墨烯超级电容的课题组还在头痛这个问题，更何况是没有材料背景的能源研究组呢？我们就不曾存在过分散的问题。该怎样提高超级电容的能量密度呢？第一部分我们先解决电极材料的技术瓶颈。首先，依采用的电极不同，可将超级电容器分为以下几种：(1) 碳电极超级电容器、(2) 金属氧化物电极超级电容器、(3) 导电聚合物电极超级电容器。与碳电极相比，金属氧化物电极的电导率大 2 个数量级，比容量远高于碳，循环寿命、充放电性能也相当好，所以金属氧化物电极超级电容器可以实现非常高的质量比容量。例如，RuO2电极可达到 750 F╱g，而碳电极只有 100 F╱g，但是这种电极材料成本偏高，而且对于使用的电解质有限制，电容的额定电压值较低，这时我们建议可以试试「混合型超级电容器」。混合型超级电容器是结合碳电极超级电容器及金属氧化物电极超级电容器两者各自优势，一方面解决了碳电极电容器比容量较小的问题，一方面可以降低超级电容的成本。近年来，俄罗斯研究人员对碳╱NiO2系超级电容的研究取得很大的进展。在碳-碳结构的电双层超级电容器使用金属氧化物替代其中一块碳电极，使得一块电极的电压发生变化时，另一块极板不发生极化或极化程度很小，这样就可以更加充分利用法拉第准电容效应以提高电容量。这样我们就可以选择 MnO2 ( 200~600 F╱g ) 或 NiO ( 400~900
F╱g ) 这类具有良好可逆性的金属氧化物电极材料，试验结果显示性能参数甚至超过 RuO2。而碳极板可以选择「石墨烯气凝胶」，考虑的是「孔洞结构」比导电性更重要，其实是我们对石墨烯导电性的信心比较充足。石墨烯气凝胶是由微小孔径的颗粒连接而成的，具有高比表面积 (
400~700 m2/g )、大孔容、高热稳性能，可利用在大分子材料的吸附剂、催化剂载体以及双电层超级电容的电极材料等方面。制备时利用碳酸钠作为催化剂，用溶胶凝胶法使间苯二酚和甲醛聚合成有机凝胶，然后进行超临界干燥或真空干燥去除溶剂，并在惰性气体中进行高温碳化，最后获得具有多孔无定型结构的碳素材料。进展到现在还蛮顺利的，接着第二部分我们来解决电解质的技术瓶颈。根据电解质材质的不同，我们将超级电容器分成：有机物电解质系及水基溶液电解质系。采用有机物电解质系超级电容的工作电压较高 ( 2.3~2.7V
)，而水基溶液电解质超级电容的工作电压只有 1V 左右。由于电离相当困难，前者单位体积的内阻比后者要高得多，但是前者的比能量大，所以比较受关注。超级电容器使用有机物电解质的最大好处是可以提高超级电容单体的电压，可以使其达到 2V 以上，电容电压可以稳定在 2.3V，瞬间甚至可以达到 2.7V。电容可以存储的能量与电压的平方成正比 ( E =
C*V2╱2 )，因此，使用有机物电解质超级电容的比能量较高，可达到 18 Wh╱kg。但是有机电解质必须采用特殊的净化工艺，且电极上必须覆盖特定涂层以避免对电极的腐蚀。它的另一个缺点是因为电离比较困难，所以内阻较高，通常是水溶液的 20 倍以上，甚至达到 50 倍。因此在比功率指标上无法达到水基溶液的水平。我们注意到「高分解电压的离子溶液」是来自一篇日本物质材料机构 ( NIMS, 2011 )的研究，系利用石墨烯中添加单壁碳纳米管应用于超级电容电极材料，将石墨烯╱单壁碳纳米管复合材料制备成超级电容电极搭配有机电解质可获得 201 F╱g的比电容量 ( 如图 3 )，能量密度与功率密度分别为62.8 Wh╱kg与 58.5 KW╱kg，进一步搭配具有高分解电压的离子溶液 (4V)，比电容量可增加到280 F╱g，提升率 39.3%，而石墨烯或SCNT在有机电解质原先才不过 180 F╱g。这样就大致拼凑出我们要进行石墨烯超级电容的研发架构了。碳-镍体系超级电容接下来的重点是进一步提高电极的比表面积，提高比容量，以及将离子电解质引入这个体系结构，进一步提高单体电压，从而提高电容器的比能量性能。接下来，我们就要端出不同的石墨烯材料组合来完成这项系统工作。其实我们已经进行部分的研究了，在 2014 年的研究结果显示，搭配水相电解液可获得 535 F╱g 的比电容值，而单纯计算二氧化锰的比电容值更可高达 1200 F╱g &( 如图 4 )，能量密度与功率密度分别为 46.2 Wh╱kg 与 33.2 kW╱kg，并且经过1500次的循环寿命测试，仍有 98.5% 的比电容剩余率 ( 如图 5 )，说明石墨烯╱碳纳米管╱二氧化锰电极具有相当高的稳定性。接下来会拿高分解电压的离子溶液及石墨烯凝胶来试试看。大家可能不知道石墨烯微片应用在超级电容比石墨微片效果更差的原因在于﹕石墨烯边缘的吸附力大于石墨烯表面，系表面的大 π 键是饱和的，不利于吸附。那我们为何还选择石墨烯来改善超级电容器的储能效果? 我认为至少有二点是利用石墨烯作为突破点的机会，第一，就是通过改性石墨烯，使碳原子的连接单体产生缺陷，进而使缺陷处出现不饱和吸附力大增﹔同时，连接单体加大石墨烯片的间距，更有利于电解液的浸润。所以石墨烯不会比石墨烯氧化物的效果更佳，当然这也牺牲了导电率。第二，超级电容器除了能量密度太小的问题外，循环稳定性也是量产的质量标准之一。石墨烯的似苯环结构就产生了功效，许多研究都观察到石墨烯复材在循环过程中充放电曲线形状几乎没有发生变化，基本上呈镜像对称，更证明石墨烯具有高稳定性。把超级电容用在汽车等动力设备的电路中，作为动力电池的补充，可以在小幅增加成本的情况下，大大提高系统的峰值输出能力，或者减少动力电池短时间大电流放电的频率，这类的技术已经算是成熟了，而中车日前也发表了石墨烯超级电容应用在这个领域。但我们要做的不只是如此，我们的目标不变，还是继续朝以超级电容取代锂离子电池迈进。的确，超级电容还是很有前景的，但是在技术和应用上要做到取代化学电池，还有很长的路要走。但在目前已经积累的试样经验及超过 200 种以上石墨烯材料组合上，我们相信还是有机会攻克这座技术高山的，请给予从事基础材料及能源应用技术努力不懈的研究人员多点肯定吧，批评而不参与并不会使中国国力更强大的。【相关推荐】
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美国石墨烯锂电池彻底揭开了宝安假石墨烯的真面目（有图）
美国石墨烯锂电池彻底揭开了宝安假石墨烯的真面目（有图）
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图片来源：中国储能网，文章标题“美新型锂电池容量和充电速度同升10倍”
更新： 15:02:41　来源：麻省理工科技
成簇的硅夹在石墨烯薄片之间，使电极可容纳更大数量的锂原子，同时利用柔性石墨烯薄片，适应硅的体积变化。
引入高密度平面纳米尺寸的碳空穴，石墨烯薄片就可以大大加快离子扩散，就在硅石墨烯复合薄片上。这种柔性、自我支撑的三维导电石墨烯结构，包含硅纳米粒子，表现出优良性能，可适应结构变形，代表着一种有吸引力的高功率高容量负极材料，可用于锂离子电池。来源：美国西北大学
美国西北大学（Northwestern University）的工程师声称，他们开发出的技术，可以改善充电电池。
这所大学在一份声明中说，研究小组已经创造了一种锂离子电池电极，使它们充电量比目前技术高10倍。
据报道，电池采用这种电极，充电速度也比目前的电池快10倍。
报道称，研究人员取得这项成果，是因为结合了两种化学工程方法。
“即使经过150次充电，就是使用一年或更多时间后，电池效率仍然比当今市场上的锂离子电池高五倍，”哈罗德昆弓（Harold Kung）解释说，他是麦考密克工程和应用科学学院（McCormick School of Engineering and Applied Science）教授。
锂离子电池充电是依靠化学反应，其中，锂离子是在电池两端之间传送，也就是在阳极和阴极之间传送。
在目前的充电电池中，阳极的制备是采用多层碳基石墨烯薄片，每6个碳原子只能容纳一个锂原子。为了提高储能容量，科学家先前曾尝试用硅取代碳，因为硅能容纳更多的锂，每个硅原子容纳 4个锂原子。然而，在充电过程中，硅膨胀和收缩很剧烈，会导致破裂，迅速丧失充电容量。
目前，电池充电电流的速度局限于石墨烯薄片的形状；它们非常薄，但是，相对而言却很长。在充电过程中，锂离子必须很远地移动到石墨烯薄片的外缘，之后才能进入薄片之间，并停止移动。因为要经过这么长的距离，锂才可以移动到石墨烯薄片的中间，因此，在这种材料边缘，离子“塞车”就会四处出现。
昆弓的研究小组结合两种技术，以解决这两个问题。首先，为了稳定硅，保持最大充电容量，他们把成簇的硅夹在石墨烯薄片之间。这可以使更大数量的锂原子停留在电极上，同时，利用柔性石墨烯薄片，适应使用过程中硅的体积变化。
“现在，我们几乎两全其美了，”昆弓说。“我们有高得多的能量密度，这是因为硅，而夹层降低了硅膨胀和收缩造成的容量损失。即使硅簇破裂，这些硅也不会丧失。”
昆弓的小组也利用化学氧化过程，在石墨烯薄片上创造微孔（10至20纳米），被称为“平面缺陷”（in-plane defects），这样，锂离子就有一个“捷径”，可进入阳极，存储在那里，因为它可以与硅反应。
这项技术为更好的电池铺就了道路，可用于手机和iPod，也会有更高效、更小的电池，用于电动汽车。研究小组认为，在未来三到五年，这项技术可见于市场。
有一篇论文介绍这项研究，发表在《先进能源材料》（Advanced Energy Materials）杂志上。
题目是《平面空穴制成高功率硅-石墨烯复合电极用于锂离子电池》（In-Plane Vacancy-Enabled High-Power Si-Graphene Composite Electrode for Lithium-Ion Batteries）。
这篇文章配有图片但是对石墨薄片的解释还不够清楚，下面这篇文章解释的更清楚一些
美国大学开发锂电池新技术：电量可增加10倍
更新： 10:51:00　来源：中国储能网
11月15日消息，据国外媒体报道，美国西北大学的研究团队表示，已经找到了突破目前锂离子电池充电量和充电速度限制的方法。新方法不仅让充电量增加了十倍，充电时间也只需原来的十分之一。科学家表示，这项技术可望在三到五年内在市场量售。
这项技术到底是如何工作的呢?
首先，我们必须先了解，电池的充电量主要受限于充电的密度，而充电的速度取决于锂离子能够多快在电解液中到达正极。在目前的技术中，电池的正极是由层层的石墨薄片所组成。
之前的科学家，曾经尝试把以碳元素为主的石墨薄片改成以硅为主的薄膜，因为硅比碳更能有效的容纳锂离子的数目。然而，硅在充电过程中容易急速的收缩和延伸而破碎，反而损失了充电的含量。
除此之外，在目前的技术里，充电的速度主要是被石墨薄片的形状所影响。石墨薄片非常的薄(只有一个碳原子的厚度)，也非常的长，所以在充电的过程中，锂离子需要经过非常久的过程才能到达正极。
这个新的技术，研究团队在石墨薄片中夹杂了层层的硅元素，利用石墨薄片的延展性来稳定硅在充电过程中体积的变化。如此一来，由于硅的作用，充电含量可以多达十倍。除此之外，研究团队也利用化学氧化的过程，在石墨薄片上产生很多非常微小的孔隙(约10-20奈米)让锂离子可以透过捷径快速到达正极，减少充电的时间多达十倍。
目前这个研究只探讨了电池正极的改善方式，接下来研究团队会对于电池负极的改善加以研究，可望在锂离子电池的技术上有更多的突破。
通过以上的两篇文章和所配图片我们可以清楚了，美国的石墨烯锂电池结构是单层的石墨薄片（只有一个碳原子的厚度），也就是单层的石墨烯，而且这种石墨烯有很多微小的孔隙(约10-20奈米)可以让锂离子可以透过捷径快速到达正极，减少充电的时间多达十倍。另外石墨烯之间夹杂了层层的硅元素，利用石墨烯的延展性来稳定硅在充电过程中体积的变化。如此一来，由于硅的作用，充电含量可以多达十倍。
而贝特瑞的所谓石墨烯是单层到10层的石墨烯混合物，而且也不是大面积的，只是粉末而已，这种微小的石墨烯混合物粉末怎么能把硅元素夹在中间呢？
这下我们知道了石墨烯锂电池需要用的石墨烯应该是这样的，即上面有很多非常微小孔隙(约10-20奈米)的单层大面积石墨烯薄片。贝特瑞目前是没有技术能造出来的，而力合参股的第六元素却已经申请了此石墨烯的技术专利。
第六元素在石墨烯薄片上创造微孔的石墨烯专利
名称: 一种利用强碱化学处理得到高比表面积石墨烯材料的方法
申请（专利）号: CN.4
公开（公告）号: CNA
公开（公告）日:
专利说明书摘要
本发明涉及一种化学处理法生产石墨烯材料的方法，属于石墨烯材料制备技术领域。
石墨烯，英文名Graphene，是碳原子按照六角排列而成的二维晶格结构。 作为单层碳原子平面材料，石墨烯可以通过剥离石墨材料而得到。这种石墨晶体薄膜自2004年被曼彻斯特大学的科学家发现之后，石墨烯就成为科学界和工业界关注的焦点。石墨烯的厚度只有0.335纳米，不仅是已知材料中最薄的一种，还非常牢固坚硬；作为单质，它在室温下传递电子的速度比已知所有的导体和半导体都快（石墨烯中电子的迁移速度达到了光速的1/300）。由于石墨烯的特殊原子结构，其中载流子（电子和空穴）的行为必须用相对论量子力学（relativistic quantum mechanics）才能描绘。同时，作为单层碳原子结构，石墨烯的理论比表面积高达2630 m2/g。如此高的比表面积使得以基于石墨烯的材料成为极有前途的能量储存活性材料， 使得石墨烯材料有可能在储氢、新型锂离子电池、超级电容器或者燃料电池得到应用。
本发明提高石墨烯比表面积，具体地，从目前的最高700 m2/g 提高数倍至 m2/g，并且同时保持材料的高电导。本发明利用强碱和碳在高温下的反应，对热处理或者微波辐照得到的石墨烯粉末进行进一步化学处理，从而快速的、大批量的在石墨烯表面腐蚀出纳米量级的微孔，极大地提高其比表面积。于此同时，高温处理可进一步还原石墨烯，从而保证所得到材料的高导电性。
第六元素大面积石墨烯薄片的专利
名称: 一种化学气相沉积制备单层和多层石墨烯的方法
申请（专利）号: CN.4 申请日:
公开（公告）号: CNA 公开（公告）日:
主分类号: C23C16/26（2006.01）I 范畴分类:
分类号: C23C16/26（2006.01）I
申请（专利权）人: 无锡第六元素高科技发展有限公司
发明（设计）人: 瞿研
地址: 214000 江苏省无锡市惠山区长安镇中惠路518-8西侧无锡清华高新技术研究所
一种化学气相沉积制备单层和多层石墨烯的方法，涉及一种石墨烯材料的制备方法。步骤是，将金属衬底置于真空管式炉或者真空气氛炉中，在除去真空腔内氧气的情况下，将氢气注入真空腔中，并升温至800-1100摄氏度，再将碳源气体注入真空腔中，即得沉积石墨烯的金属衬底。本发明采用化学气相沉积法，在金属衬底（铜箔或镍箔等）上高温裂解甲烷或其他碳源气体，沉积得到石墨烯薄膜，从而提供一种制备超大面积单层或者多层石墨烯薄膜的方法。
本发明涉及一种石墨烯材料的制备方法。
石墨烯，英文名Graphene，是碳原子按照六角排列而成的二维晶格结构。 作为单层碳原子平面材料，石墨烯可以通过剥离石墨材料而得到。这种石墨晶体薄膜自2004年被曼彻斯特大学的科学家发现之后，石墨烯就成为科学界和工业界关注的焦点。石墨烯的厚度只有0.335纳米，不仅是已知材料中最薄的一种，还非常牢固坚硬；作为单质，它在室温下传递电子的速度比已知所有的导体和半导体都快（石墨烯中电子的迁移速度达到了光速的1/300）。由于石墨烯的特殊原子结构，其中载流子（电子和空穴）的行为必须用相对论量子力学（relativistic quantum mechanics）才能描绘。由于其高电子迁移率以及高透光率，石墨烯在可能被应用在各种信息技术领域，例如作为透明导电电极应用在平板显示器上，或者作为沟道层应用在高频/射频晶体管上。同时，作为单层碳原子结构，石墨烯的理论比表面积高达2630 m2/g。如此高的比表面积使得以基于石墨烯的材料成为极有前途的能量储存活性材料， 使得石墨烯材料有可能在储氢、新型锂离子电池、超级电容器或者燃料电池得到应用。
目前有以下几种制备方法：
1. 轻微摩擦法或撕胶带发（粘贴HOPG）
这种方法简单易行，容易得到高质量的石墨烯。但是产率极低，在一块Si衬底上通常只能得到若干片微米见方的石墨烯。因此这种方法只适用于实验室制备石墨烯，不适用于工业化大规模生产。
2. 加热 SiC法
该法是通过加热单晶6H8209;SiC脱除Si，在单晶（0001） 面上分解出石墨烯片层。具体过程是：将经氧气或氢气刻蚀处理得到的样品在高真空下通过电子轰击加热，除去氧化物。用俄歇电子能谱确定表面的氧化物完全被移除后，将样品加热使之温度升高至℃后恒温1分钟到20分钟，从而形成极薄的石墨层，经过几年的探索，Berger等人已经能可控地制备出单层或是多层石墨烯。由于其厚度由加热温度决定，制备大面积具有单一厚度的石墨
烯比较困难。
该方法可以实现大尺寸，高质量石墨烯制备，是一种对实现石墨烯器件的实际应用非常重要的制备方法，缺点是SiC过于昂贵，并且得到的石墨烯难以转移到其他衬底上。
3. 化学分散法
氧化石墨是石墨在H2SO4、HNO3、HClO4等强氧化剂的作用下，或电化学过氧化作用下，经水解后形成的。氧化石墨同样是一层状共价化合物，层间距离大约为0.8nm（石墨为0.335nm）依制备方法而异。一般认为，氧化石墨中含有;OH、;O8209;C，甚至8209;COOH等基团。和石墨不同，由于极性基团的存在，氧化石墨片层具有较强的亲水或极性溶剂的特性。因此，氧化石墨在外力，如超声波的作用下在水中或其它极性溶剂中可以发生剥离，形成单层氧化石墨烯（graphene oxide）。制得氧化石墨烯后，再通过化学还原使所制氧化石墨烯脱氧重新石墨化，保持其几何形貌时可恢复部分其导电性。
该方法在氧化和还原过程中将天然石墨粉解离成单层石墨。其产品具有相当高的粉末比表面积（&700 m2/g），且过程相对简单，因此该方法比较适合工业化大规模生产石墨烯材料。但是在氧化还原过程中只是部分还原其导电性（破坏了石墨烯本身的高电子迁移率）。
本发明要解决的技术问题是克服现有石墨烯制备方法的缺陷，提供了一种制备超大面积单层或者多层石墨烯薄膜的方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
一种化学气相沉积制备单层和多层石墨烯的方法，将金属衬底置于真空管式炉或者真空气氛炉中，在除去真空腔内氧气的情况下，将氢气注入真空腔中，并升温至0摄氏度，再将碳源气体注入真空腔中，即得沉积石墨烯的金属衬底。
进一步地，除去真空腔内氧气的方法是：
（1）将管式炉或气氛炉的气压抽至极限真空状态4～8× Torr；
（2）以气体流量 sccm将纯度高于99.99％的惰性气体注入到真空腔中；
（3）关闭惰性气体进气阀门，将管式炉或气氛炉的气压抽至极限4～8× Torr；
（4）重复操作步骤（2）和步骤（3）2～3次，直至将管式炉或气氛炉内的残余氧气除至氧气分压小于1×Torr。
取出沉积石墨烯的金属衬底的方法是：关闭氢气和碳源气体阀门、真空泵，用惰性气体将管式炉或气氛炉气压充满到一个大气压状态，然后取出沉积石墨烯的金属衬底。
氢气和碳源气体的流速为 sccm，纯度高于99.99％。
所述碳源气体为只含碳氢原子的有机气体，优选的碳源气体为甲烷。
所述金属衬底为铜箔、镍箔、铷箔或钌箔。
本发明采用化学气相沉积法，在金属衬底（铜箔或镍箔等）上高温裂解甲烷或其他碳源气体，沉积得到石墨烯薄膜，从而提供一种制备超大面积单层或者多层石墨烯薄膜的方法。
本发明与已有技术相比具有以下优点：
（1）石墨烯产品缺陷峰低，具有极高晶体质量；（2）石墨烯产品的尺寸（晶畴）可以达到厘米以上尺寸；（3）石墨烯产品具有极好的透光性（透射率优于97％）；（4）石墨烯的厚度从单层到多层可控，容易得到单原子层石墨烯。本方法得到的产品可应用于多个技术领域，包括平板显示、高频/射频晶体管。
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有人会说了人家已经用硅夹在石墨烯片中间了，我们如果再用人家的方法不就是专利侵权了吗？是这样的，但是我们可以不用硅夹在石墨烯片中间，我们可以用其他的材料，比如二氧化锡
力合的大股东深圳清华已经申请了这种专利
名称:&&石墨烯宏观体/氧化锡复合锂离子电池负极材料及其工艺
申请（专利）号:&&CN.0 申请日:&&
公开（公告）号:&&CNA&&公开（公告）日:&&&&
主分类号:&&H01M4/36（2006.01）I&&范畴分类:& &
分类号:&&H01M4/36（2006.01）I;H01M4/.01）I&&
申请（专利权）人:&&清华大学深圳研究生院&&
本发明涉及一种石墨烯宏观体/氧化锡复合锂离子电池负极材料及工艺，该负极材料是由三维多孔石墨烯宏观体及在三维多孔石墨烯宏观体的孔道中定向生长的纳米级二氧化锡构成，其容量可以达到500～2000mAh/g，库伦效率为80～99.5％；其中，三维多孔石墨烯宏观体与二氧化锡的质量比为1:0.1～20。其保持了石墨烯的导电性好的特点，有利于电荷的转移与传输，形成了一种微观和宏观的导电网络结构；同时，三维多孔石墨烯宏观体具有大的比表面积，丰富的孔隙，有利于锂离子的传输，增大了电极材料与电解液的接触面积。制备工艺绿色无污染，易于工业化生产。
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原帖由 重仓隔夜 于
05:02 发表
图片来源：中国储能网，文章标题“美新型锂电池容量和充电速度同升10倍”
更新： 15:02:41　来源：麻省理工科技
成簇的硅夹在石墨烯薄片之间，使电极可容纳更大数量的锂原子， ...
长篇大论看不下去，谁来给提炼一下嘛
你的头像违反版规，请注意整改。
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提示: 作者被禁止或删除 内容自动屏蔽
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提示: 作者被禁止或删除 内容自动屏蔽
呵呵，羊居然忙着为狼辩护#*22*#
只清楚一点再厉害的电池也赶不上电线#*22*# #*22*#
不知道楼主哪看出宝安假石墨烯的真面目
宝安贝特瑞的石墨烯目前只是单层到10层的石墨烯混合物，不是真正的石墨烯，真正的石墨烯就是一个碳原子厚度的石墨薄片，就是获得诺贝尔奖的那种，但是到了中国石墨烯就被人为地创造出了单层石墨烯、多层石墨烯、石墨烯微片等等新名词，其实石墨烯就是一个碳原子厚度的石墨薄片，只有这种结构才具有那些神奇的特性，而中国人为了炒作概念人为地创造出了很多新名词，目的就是炒作股票，宝安的这种石墨烯与诺贝尔奖的那种石墨烯是有本质区别的，短线炒作可以，千万别当真
而力合持有的第六元素股权比例很低只有2.4%，是真的又如何呢？好东西一般都不往中国股市的上市公司里面装，维科精华与宁波材料所的合作以失败告终，而宁波材料所的石墨烯已经量产了30吨/年。
中国股市忽悠是其特色，真能赚大钱的项目为何人家要白送给股民呢？
宝安这个公司以忽悠著称，总拿概念忽悠人，而真正赚钱的锂电池正极材料公司天骄科技的股权已经被宝安低价卖出了，他们解释的原因是因为与贝特瑞有同业竞争，怕影响贝特瑞分拆上市，但是天骄科技生产的是正极材料，贝特瑞生产的是负极材料，两者是互补的，根本不是同业竞争关系
翻看宝安的历史发现宝安的现任大股东富安控股原来只是中国宝安下属的一家孙公司，但是现在却变成了中国宝安的第一大股东，宝安的戏法变得真好
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卖出电池股，特别与太阳能薄膜电池有关的股票。
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