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这种奇迹材料会结束所有储能问题吗？

时间：2022-01-23 10:16:37 来源：

它是人类已知的最薄的材料，比人类的头发稀疏一百万倍。它是世界上第一种2D材料，并且超轻且透明。它比钢强200倍，但与钢不同，它具有柔韧性和超导电性-可能会改变储能的局面。

这种材料称为石墨烯-自2004年被曼彻斯特大学的研究人员Andre Geim教授和Konstantin Novoselov教授分离出来以来，被誉为奇迹材料的一种纳米材料，他因使用石墨烯的实验而在2010年获得了诺贝尔物理学奖。

石墨烯由蜂窝状结构中的单层碳原子组成。石墨烯的许多层组成石墨，因此，如果用铅笔绘制，则很可能就是石墨烯。

石墨烯是极好的电导体，其潜在的工业应用之一是在能源和储能中。据信这种材料能够显着提高锂离子电池的使用寿命。曼彻斯特大学表示，石墨烯电容器还可以在供电的同时使用比传统技术更少的能源，并且可以通过存储太阳能和风能在电网应用中使用。

然而，石墨烯的棘手之处在于，科学家，研究人员和工业界正在努力寻找一种经济有效的方法来制造大量商业上可行的材料。

近年来，数十亿美元投入到研究中，希望这种奇特的石墨烯可以从实验室中取出，并以有效的成本用于工厂的大规模生产。

最新的石墨烯研究突破来自瑞典，林雪平大学的研究人员通过在碳化硅的石墨烯完美表面引入缺陷，提高了材料存储电荷的能力。

研究人员研究了以受控方式引入石墨烯表面缺陷时会发生什么情况。

称为阳极氧化的电化学过程会破坏石墨烯层，从而产生更多的边缘。我们测量了阳极氧化石墨烯的性能，发现该材料的储电能力非常高。林雪平大学研究员Mikhail Vagin说。

尽管如此，研究人员仍然承认，尽管他们的研究提供了有关如何使用石墨烯的更多见识，但仍需要大量工作才能大规模复制结果。

科学家指出，由于石墨烯可以以几种非常不同的方式生产，因此对石墨烯性能的研究更加复杂。

机械剥离法是曼彻斯特大学研究人员最初用于隔离石墨烯的一种方法，该方法使用透明胶带从散装石墨中去除层。但是这个过程对于工业应用来说太慢了，而且非常昂贵，据《自然》杂志报道（一个微米级的石墨烯薄片的价格可能超过1,000美元），这使石墨烯成为了地球上最昂贵的材料之一（以克为单位）。

化学气相沉积（CVD）是获得石墨烯的另一种最流行的方法，大约在三年前，每平方米（10.76平方英尺）的成本为100,000美元，但该产品通常存在一些缺陷，其导电性能受到干扰。

维格·谢里尔（Vig Sherrill）表示，现在，石墨烯的生产成本已降至每平方米10,000-20,000美元，其公司通用石墨烯公司计划使用橡树岭国家实验室（ORNL）许可的技术来生产一百万平方米的石墨烯在这个十年结束之前每年。

同时，堪萨斯州立大学的研究人员获得了专利，该方法可通过引爆含碳材料来高产石墨烯。他们没有计划制造石墨烯，他们计划制造气溶胶凝胶，但是偶然地制造了石墨烯。

“我们的工艺具有许多积极的特性，从经济可行性，大规模生产的可能性和缺乏讨厌的化学物质开始，” Cortelyou-Rust大学的杰出物理学教授，专利的主要发明人Chris Sorensen说。

像大多数其他使用石墨烯的实验室测试一样，堪萨斯州立大学的研究团队也有工作要做，以提高石墨烯的质量并将奇异材料应用于工业级生产。

如果能源行业和科学界找到了一种以低廉的成本生产大量高质量石墨烯的方法，足以保证更换和升级现有技术，那么超导奇迹材料将成为储能的未来。


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