石墨烯超级电容器或代替锂电池 改变汽车未来驾驶
时间:2015-10-29 09:13来源:环球网 作者:西顾
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尽管储存能量的锂离子电池价格便宜，使用持久，但若没有发电机为其充电，电动车根本走不了太远。即使现代科技发达，电池充电也至少需要20分钟，因此电动汽车难以真正与汽油车和柴油车进行竞争。
许多人尝试解决这一问题，均以失败告终。来自韩国光州科学技术研究所的Lu Wu对现代理想材料石墨烯的最新研究，希望将实验结果商业化，解决电池问题。严格地说，卢博士和他的同事们在研究超级电容而非电池，超级电容是一种将类似电池中的电解液及普通电容器结合在一起的设备。超级电容器如同正常的电容器，能源以静电的形式存储在材料表面，但与普通电容器不同的是， 当为超级电容器充电，静电附着于电解液离子表面。因为是静电的依附而非化学状态离子的变化(电池的工作原理)使得存储过程加速，因此超级电容器比电池充电速度更快。
超级电容器并不是一个新想法。石墨烯是一种只有一个碳原子厚度的二维材料，尤其适合制作电池。每克石墨烯面积达2675平方米，整个表面可以存储静电，因此石墨烯可用来制造超级电容器，比锂离子电池带有更多的能量。
Lu博士的问题在于如何将石墨烯利用在超级电容器中，并进行合理工业化生产。他的解决方案是控制爆炸已炸毁的石墨碎片。石墨是由一层层以蜂窝状有序排列的平面碳原子堆叠而形成的，石墨的层间作用力较弱，很容易互相剥离，形成薄薄的石墨片。当把石墨片剥成单层之后，这种只有一个碳原子厚度的单层就是石墨烯。
Lu博士的制备过程包括两个阶段。首先，将粉末状石墨以受控方式暴露在空气中，制备一种称为氧化石墨的物质。但这并不是真正的具有固定化学式的氧化物。相反，它是石墨状物质，在石墨稀层之间具有富氧原子团。然后在容器中将氧化石墨加热至160度，注意容器内的气压是大气压的十分之一。加热会引起氧化石墨发生化学反应，产生二氧化碳和水蒸气。经过进一步处理过剩氧之后，石墨就适合制备超级电容器了。
尽管石墨烯体积小，但效果良好——它可以存储一公斤锂离子电池所储存的电量，且在四分钟内充满电。将石墨烯数量增加至一辆车的需要时，需要一个健全的系统进行快速充电。目前此类系统不适合家庭使用，可以安装在路边加油站。
这将帮助我们摆脱目前电动汽车遇到的充电问题。如果原油具备可以匹配锂离子电池的储能能力，那么改良版本定会明显超过它。超级电容器的持续实践还有待观察，但如果证明它如电池般耐用，使用可靠，价格便宜，将成为重大突破并改变汽车驾驶的未来。
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