石墨烯不仅能造电池 还有这些强大功能

石墨烯不仅能造电池 还有这些强大功能

上个月某车企宣布自家研发的石墨烯电池已经准备量产,宣称8分钟可充满80%,比现在的三元锂电池的充电速度提升4倍。那么石墨烯电池到底是何方神圣?为什么之前一提起“石墨烯”三个字,很多人都觉得是骗人的东西?本篇就从石墨烯电池入手,讲讲石墨烯和碳原子的特性和用途。

什么是石墨烯
图片来源于网络
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所谓的石墨烯,可以拆开成前后两个词:前面的石墨大家都知道,中国国粹山水画、书法都与石墨分不开,主要成为就是碳原子组成的,而后面的“烯”字才值得研究。石墨可以是无定形碳,但是“烯”字就给它加上了固定的微观结构。在化学中,烯或者烯烃泛指带有氢原子的碳链,最短的碳链只有两个碳原子,再附加上其他原子可以组成“乙烷”“乙烯”“乙炔”“乙醇”“乙醛”“乙酸”等等。从上图可以看到,乙烯在四个角上有四个氢原子,如果这四个氢原子再被乙烯取代会组成什么呢?

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会组成苯,或者叫苯环,苯环上还有6个氢原子,如果这些氢原子再被苯环取代又会组成什么呢?

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苯环+苯环+更多的苯环(六元环),就组成了二维平面的“石墨烯”,而石墨烯再层叠更多的石墨烯就组成了石墨。(石墨烯不一定由苯环组成,仅用苯环结构示例)说到这里,可能大家已经知道石墨烯是怎么来的了。其实石墨烯就存在与石墨中,只不过是从石墨中分离出来的只有分子厚度的一层石墨分子而已。因为石墨是由一层层石墨烯组成的,这些层与层之间是可以相对滑动的,所以石墨也具有一定的减磨作用,可作为固体润滑剂。

石墨烯超级电容原理
石墨烯超级电容原理

石墨烯在电池领域有两个重要作用,一是本身就作为电池使用,石墨烯惊人的储电能力而且不像锂电池的化学转换储能,而是直接储存电能更像是超级电容,因此充电时间快寿命长,12克石墨烯便有96452库伦的电量,而外电场做功(充电)把这些电子从正极搬到负极,但是目前在工业上没有达到量产级的工艺。

石墨烯基锂电池原理图
石墨烯基锂电池原理图

第二个作用个比较简单,就是用作锂电池的电极,也就是开头说的某车企的石墨烯电池,其实是石墨烯基锂电池。电子在石墨烯中可以快速移动,将石墨烯作为电极可以大大减少充电时间,但是储电能力和寿命与普通三元锂电池相差不大。

石墨烯还能干吗?
碳纳米管
碳纳米管

刚才说到石墨烯二维薄薄的一层,如果那这一层石墨烯卷起来就变成了碳纳米管。碳纳米管的强度是同体积钢的100倍,重量却只有钢的1/6到1/7,同时,碳纳米管还具有超强的拉伸性,因此碳纳米管因被称“超级纤维”,可用作架构部件,增加强度。碳纳米管与石墨烯一样,都具有超强的导电性以及较强的导热性。

富勒烯
富勒烯

把石墨烯卷起来是碳纳米管,如果裹起来就是球型,称之为富勒烯、足球烯,而富勒烯的发现者英国化学家哈罗德·沃特尔·克罗托博士和美国科学家理查德·斯莫利获得1996年的诺贝尔化学奖。以60个碳原子组成的富勒烯成为C60,也是目前用途最广泛的富勒烯,也是我们能最直接接触到产品。

石墨烯不仅能造电池 还有这些强大功能
哈多 C60 机油添加剂
哈多 C60 机油添加剂

由于C60非常接近正球型,所以它可以用于润滑剂,C60作为机油添加剂可以将摩擦部件之间的滑动莫测变成滚动摩擦,大大减小发动机内部零件的摩擦系数。同时,作为物理减摩剂,它比化学减摩剂更加安全,也不会改变机油原有的化学性质。

富勒烯化妆品
富勒烯化妆品

由于富勒烯能够亲和自由基,具有抗氧化作用,因此个别商家将水溶性富勒烯分散于化妆品,制成抗衰老的护肤品。

钻石分子结构
钻石分子结构

碳原子的四个电子,通过与其他碳原子不同的组合,可以变成不同的同素异构体。钻石(金刚石)是大家最熟悉的纯碳原子组成的物质,也是自然界中最坚硬的物质。

写在最后

碳的同素异构体种类繁多,再加上不同碳分子结构的导电性、储电性,碳原子成为目前材料科学研究的重点方向之一。碳链结合氢原子,可以变成汽油、柴油、机油、沥青、润滑油等等,我们平时用的动物油、植物油也都是碳链组成的;而纯碳原子组成的分子,可以从简单的石墨到石墨烯、碳纳米管、富勒烯和钻石。碳原子原来有这么多用途,是不是很惊讶!最关键的是,目前所知地球上的生命,都是碳基有机体,是碳原子给了我们宝贵的生命。

(责编:王子祺)

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    石墨烯电池无论是从安全性,续航能力以及充电速度都比现在的锂电池要更加的安全,用的更久,充的更快。

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    ”触电能力”?不懂!重要的说三遍:码完字要检查、检查、检查。

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