超级电容电池

1、超级电容电池超级电容电池v锂电池锂电池 容量适中，比较环保，价格较贵，常用于手机相机电脑，但容易爆炸。容量适中，比较环保，价格较贵，常用于手机相机电脑，但容易爆炸。v镍氢电池镍氢电池 容量适中，但存在容量适中，但存在记忆效应记忆效应，现在多被锂电池淘汰。，现在多被锂电池淘汰。v铅酸电池铅酸电池 容量大，价格便宜，但制造和报废都存在重金属污染严重，车船等大容量大，价格便宜，但制造和报废都存在重金属污染严重，车船等大容量必备无可替代。容量必备无可替代。v普通化学干电池普通化学干电池 容量小，价格便宜，但制造和报废都存在重金属污染严重，相容量小，价格便宜，但制造和报废都存在重金属污染严重，相机小手电

2、等小家电用。机小手电等小家电用。v纽扣电池纽扣电池 容量小，体积小，但制造和报废都存在重金属污染严重，手表电脑等容量小，体积小，但制造和报废都存在重金属污染严重，手表电脑等用。用。普通电池普通电池概述概述我们心中的超级电池我们心中的超级电池是什么样子？是什么样子？ 真实案例真实案例 某男回到东北老家，发现某男回到东北老家，发现iPadiPad充不了电，怒找售后，结果被告知，在室外冻坏了，充不了电，怒找售后，结果被告知，在室外冻坏了，请放被窝里暖一暖再充。他回家一试，请放被窝里暖一暖再充。他回家一试，尼尼玛，真行！玛，真行！ 可能你家住海南，手机和平板电脑不可能被冻坏，那么接下来这个问题，不管你

3、可能你家住海南，手机和平板电脑不可能被冻坏，那么接下来这个问题，不管你在哪里，肯定都逃不掉在哪里，肯定都逃不掉电池电量不够用！电池电量不够用！ 是的，那该死的电池，早上出门明明充得满满的，结果半天不到，电量就快用完是的，那该死的电池，早上出门明明充得满满的，结果半天不到，电量就快用完了，而且，每次都在关键时刻没电，好像成心跟你作对似的。了，而且，每次都在关键时刻没电，好像成心跟你作对似的。 怎么办？找地方充电？嗯，想要充满，那先等上怎么办？找地方充电？嗯，想要充满，那先等上2 2、3 3个小时。带移动电源？好，个小时。带移动电源？好，不过包包里已经装了一大堆手机、平板、笔记本，你还嫌不够重？不

4、过包包里已经装了一大堆手机、平板、笔记本，你还嫌不够重？ 好吧，按照一般的电影剧本，这时候，该我们的英雄好吧，按照一般的电影剧本，这时候，该我们的英雄超级电池出场了！超级电池出场了！v放错图了？放错图了？v没有，在超级英雄出场前，请允许我最后再来点前戏。没有，在超级英雄出场前，请允许我最后再来点前戏。v这货可以说是超级英雄的能量来源，大名鼎鼎的石墨烯（结构图）。如果你在科技界混过这货可以说是超级英雄的能量来源，大名鼎鼎的石墨烯（结构图）。如果你在科技界混过两口饭吃，我想你一定或多或少听过它的威名。两口饭吃，我想你一定或多或少听过它的威名。v没听过？赶紧科普下，免得出门不好意思跟人打招呼。没听过

5、？赶紧科普下，免得出门不好意思跟人打招呼。v按照科学点的说法，石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，是碳原子以某按照科学点的说法，石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，是碳原子以某种复杂的形式，组成的六边形呈蜂巢晶格状的薄膜。种复杂的形式，组成的六边形呈蜂巢晶格状的薄膜。v说得简单点，就是只有一个碳原子厚的二维纳米材料。说得简单点，就是只有一个碳原子厚的二维纳米材料。v石墨烯是世界上最薄，但又最坚硬的材料（和金刚石同一个元素，能不硬嘛），它的结构石墨烯是世界上最薄，但又最坚硬的材料（和金刚石同一个元素，能不硬嘛），它的结构极稳定，导热性极高，电阻率极低，电子迁移速度极快，因

6、此，可以说是目前最理想的二极稳定，导热性极高，电阻率极低，电子迁移速度极快，因此，可以说是目前最理想的二维纳米材料。维纳米材料。如果你看不懂上面两段在说什么，没关系，那些是供你装如果你看不懂上面两段在说什么，没关系，那些是供你装X X时候用的，如时候用的，如果你不需要，那么来看看它的用途，比如我们的主角，超级电池。果你不需要，那么来看看它的用途，比如我们的主角，超级电池。 这是美国加州大学一个研究团队研制的微型石墨烯超级电容（圆盘上那些小黑块就是），这这是美国加州大学一个研究团队研制的微型石墨烯超级电容（圆盘上那些小黑块就是），这玩意最神奇的地方在于，它充电和放电速度，是常规电池的玩意最神奇的

7、地方在于，它充电和放电速度，是常规电池的10010010001000倍倍。这意味着什么？这意味着什么？如果你的手机用上它，充满一次电大概只需要如果你的手机用上它，充满一次电大概只需要5 5秒钟，如果你新买的特拉斯用上它，充一次电秒钟，如果你新买的特拉斯用上它，充一次电也就也就5 5分钟左右。分钟左右。更变态的是，由于它的元素和结构特性，你的手机电量使用时长可以用更变态的是，由于它的元素和结构特性，你的手机电量使用时长可以用“周周”来当基本单位来当基本单位，而且，不管你在北极南极还是撒哈拉沙漠，都不用担心它会因为太冷或太热而罢工。，而且，不管你在北极南极还是撒哈拉沙漠，都不用担心它会因为太冷或太

8、热而罢工。不过，不管是国外还是国内，目前石墨烯超级电池都还停留在实验室阶段，除了技术稳定性不过，不管是国外还是国内，目前石墨烯超级电池都还停留在实验室阶段，除了技术稳定性，另外一个关键原因是，另外一个关键原因是，石墨烯太贵石墨烯太贵！是的，即使以今天的制备工艺，品相好点的石墨烯，依旧可以卖到是的，即使以今天的制备工艺，品相好点的石墨烯，依旧可以卖到20002000元每克，要拿这么贵元每克，要拿这么贵的东西做电池，那只有是真正的土豪，才能完成的私人定制了。的东西做电池，那只有是真正的土豪，才能完成的私人定制了。当然，制造工艺还是会不断进步。当然，制造工艺还是会不断进步。比如在我国，中科院宁波材料

9、所就在和宁波墨西科技集团合作，推进石墨烯大规模制备技术比如在我国，中科院宁波材料所就在和宁波墨西科技集团合作，推进石墨烯大规模制备技术，相信用不了五年，石墨烯的生产成本，就会下降到我等普通民众用得起的水平。，相信用不了五年，石墨烯的生产成本，就会下降到我等普通民众用得起的水平。届时，我想超级电池也会进入普及的快车道，到那时候，你跟朋友打电话借钱的时候，就不届时，我想超级电池也会进入普及的快车道，到那时候，你跟朋友打电话借钱的时候，就不用担任他以用担任他以“手机没电手机没电”当借口啦。当借口啦。v研究人员还发现一种能够轻松生产这种电池的方法，即采用标准研究人员还发现一种能够轻松生产这种电池的方法

10、，即采用标准DVDDVD刻录机。刻录机。v采用这项技术后，采用这项技术后，能用便宜材料，在能用便宜材料，在不到不到3030分钟的时间分钟的时间里，在一个单一的里，在一个单一的光盘上生产超过光盘上生产超过100100个微型超级电个微型超级电容器。容器。石墨烯石墨烯v 石墨烯是只有一个碳原子层厚度的石墨，碳原子通过石墨烯是只有一个碳原子层厚度的石墨，碳原子通过SP2SP2杂化成键，与周围其他三个碳原杂化成键，与周围其他三个碳原子以子以CCCC单键相连，同时每个碳原子剩有一个垂直于石墨烯平面的单键相连，同时每个碳原子剩有一个垂直于石墨烯平面的p p电子，未成对的电子，未成对的p p电子电子在与平面垂

11、直的方向形成在与平面垂直的方向形成轨道，可以在石墨烯晶体结构中自由移动，从而使得石墨烯具轨道，可以在石墨烯晶体结构中自由移动，从而使得石墨烯具有良好的导电性能。有良好的导电性能。 v左图为高定向热解石墨左图为高定向热解石墨(HOPG)(HOPG)； 右图为从右图为从HOPG HOPG 撕出来、置于厚度撕出来、置于厚度300 nm300 nm二氧化硅表面的二氧化硅表面的石墨烯，左下角浅色三角形为单层石墨烯，其余为石墨烯，左下角浅色三角形为单层石墨烯，其余为1 5 1 5 层不等。层不等。超级电池工作原理超级电池工作原理v将锂金属置于阳极。首次放电时，锂金属发生离子化，通过电解液向阴极迁移。离子通

12、过将锂金属置于阳极。首次放电时，锂金属发生离子化，通过电解液向阴极迁移。离子通过石墨烯表面的小孔，到达阴极。石墨烯表面的小孔，到达阴极。v现有的锂离子电池电极拥有很多微孔，微孔越多，其中嵌入的锂原子（或者离子）越多、现有的锂离子电池电极拥有很多微孔，微孔越多，其中嵌入的锂原子（或者离子）越多、电池容量越高。然而从正极锂离子脱出到在负极完成锂离子嵌入电池容量越高。然而从正极锂离子脱出到在负极完成锂离子嵌入 （充满）到碳层的微孔（充满）到碳层的微孔中需要的时间也就越长。这也是目前大部分电池充电速度比较慢的原因。中需要的时间也就越长。这也是目前大部分电池充电速度比较慢的原因。普通锂电池工作原理普通锂电池工作原理v锂离子电池一般是使用锂合金金属氧化物为正极材料、石墨为负极材料、使用非水电解质锂离子电池一般是使用锂合金金属氧化物为正极材料、石墨为负极材料、使用非水电解质的电池。的电池。v充电正极上发生的反应为充电正极上发生的反应为vLiCoO2=Li(1-x)CoO2+XLi+Xe-(LiCoO2=Li(1-x)CoO2+XLi+Xe-(电子电子) )v充电负极上发生的反应为充电负极上发生的反应为v6C+XLi+Xe- = LixC66C+XLi+Xe- = LixC6v充电电池总反应：充电电池总反应：L