中国造石墨烯动力锂电池１０分钟就能完成充电
来自：MACD论坛(bbs.shudaoyoufang.com)
作者：重仓隔夜
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海洽会圆满落幕 "蓝海时代"低碳生活让人憧憬
中国宁波网 2011年11月13日 07:48
中国宁波网讯 首届中国海洽会上，一大批海洋新兴产业应用产品，让市民能感受到“蓝海时代”迎面拍来的潮头。风能、太阳能、潮流能……新能源前景下的低碳生活让人憧憬。
海岛上，喝淡水不难
昨天，在首届中国海洽会浙江馆现场，展示的一款风光能源互补空气制水设备频频引来参观者驻足观看。讲解员说，它能利用风能、太阳能发电，为制冷系统提供动力，当冷凝器表面温度低于空气露点时，湿空气中便有水滴析出，经漏斗流入水槽。所产生的水经净化处理后，能直接饮用。而这，意味着今后在无淡水源的荒岛，也能生产淡水了。
无独有偶。在海洽会宁波馆现场，浙江大学宁波理工学院海洋机电装备技术研究中心展示了一款潮流能、波浪能耦合的海岛独立发电、制淡系统设备。该学院陈俊华教授解释，这套系统能够利用天然的潮流能和上下起伏的波浪能，转换成液压能，驱动马达电机发电，然后再用高压泵把抽上来的海水经膜处理制成淡水，比较适合海岛上或沿海的普通居民使用。
据陈俊华介绍，这样一套系统投资成本仅１００万元左右，白天发的电２５ＫＷ，够３０户人家同时使用一天；而晚上多余的电能，能直接淡化１０多吨海水。记者从海洽会上获悉，这套系统的研究与试验已经获得 国家海洋局海洋可再生能源专项资金资助，准备在象山等地的海岛继续开发推广应用。
同样，在海洽会宁波馆内，慈溪沁园集团展示的大型成套水处理设备及工程，也是针对大规模的海水淡化处理。讲解员介绍，它能通过反渗透膜、活性炭滤器、离子交换水处理等技术，为沿海大城镇提供海水淡化处理。
海洋科技，让越来越多的不可思议成为现实
海岛用风力发电机、风光互补路灯、用海蛇提炼做成治疗老年痴呆症药品、可将不同重量的鱼分开的“自动分鱼机”、微藻能源示范技术、海岛新能源互补开发利用技术（智能电网）……许多原先不可思议的事情，因为海洋科技变成了现实。
中科院宁波材料所展示的石墨烯动力锂电池，是当今全球海洋科技乃至物理学领域最前沿、最热门的成果。在海洽会宁波馆现场，一些懂行的参观者对这个“新玩艺”看了半天都久久不愿离开。用石墨烯动力锂电池若做船泊、汽车等电池，１０分钟就能完成充电，还不损害电池使用寿命。而碳纤维复合材料，更是能广泛用于船泊、海洋工程、汽车、信息技术等领域。
新能源，将让我们更低碳地生活
事实上，在首届中国海洽会签约项目中，低碳、环保、高效的新能源项目更是“重头戏”。
中海油气电集团与宁波市签约，将在宁波建设总库量达３２０万立方米ＬＮＧ（注：液化天然气）储备能力的接收站及配套工程，项目投资额达２８６亿元；新奥集团在舟山投资一个液化天然气国际储运中转中心及综合开发利用项目，可辐射全省……
随着新能源项目建成投产，市民可以憧憬低碳生活：天色暗下来，矗立在街道两旁的太阳能路灯就会亮起；房屋夏天的制冷和冬天的供暖可以由地源热泵井供给；日常用电大部分采用风能、潮流能、潮汐能、太阳能光伏发电……宁波晚报记者 陈旭钦
清华大学技术更牛，换电代替电池充电无需等待
新的石墨烯空气电极可提升锂电池容量达15000毫安时/克
注：1安时=1000毫安时，1度电=1千瓦时=1000安时，15000毫安时/克，即15000安时/千克=15千瓦时/千克=15000瓦时/千克
而目前锂电池能量密度为120 瓦时/千克，新的石墨烯空气电极可把锂电池容量提高到目前的120倍以上，即每公斤石墨烯空气锂电池可储存15度电，而目前比亚迪的电动汽车所用的锂电池700公斤才可以储存72度电，充电一次只能跑几百公里，而如果用同样重量的石墨烯空气锂电池则充电一次可以跑几万公里，当然目前这只是理论上可以实现，实际造出的石墨烯空气锂电池能量密度目前研究人员只是期望达到800瓦时/千克，即使达到这个水平也是目前比亚迪汽车电池能量密度的8倍左右，汽车充电一次可以跑两千公里
北极星电力网新闻中心 2011-11-10 17:34:42
北极星电源网讯:锂离子电池已广泛用于许多电子设备，在我们日常生活中很重要。然而，二十年来，稳步提高10-15％之后，锂离子电池的能量密度目前已接近其理论极限，制约它能量的，就是这些电池使用的阴极和阳极材料。因此，近年来，全球都积极追求下一代能源储存系统。
有一种这样的系统就是金属/空气电池，它具有高得多规格能量，胜过现有的大多数原电池和充电电池。
（a）功能性石墨烯片结构示意图（上图），具有理想的双峰多孔结构（较下方的图像），这非常有利于锂氧电池运行。（b）锂氧电池的放电曲线采用FGS（C / O = 14）作为空气电极（PO2 = 2 ATM）。
“金属/空气电池是独特的，因为正极活性材料不是存储在电池中，”张基广（Ji-Guang Zhang）博士说，他是西北太平洋国家实验室（Pacific Northwest National Laboratory）转型材料科学项目的研究员。“相反，环境中的氧气被还原，在空气电极内的催化表面，形成一种氧物化或过氧化氢离子（peroxide ion），进一步与电解液中的阳离子（cationic）成分反应。Li/O2偶特别有吸引力，因为它可能具有最高的规格能量，在所有已知的电化学偶中都是这样。”
在迄今探讨的各种电化学储能系统中，锂空气电池最有前途的一种技术，理论能量密度接近十倍于传统的锂离子电池。这是因为锂金属作为阳极，容量十倍于传统石墨阳极，而氧气作为锂空气电池的正极，可从环境中自由吸收，这就显著减少了电池重量和成本。
为了用于实用设备如电动汽车，研究人员期望，锂-空气电池达到约800瓦时/千克的能量密度，这就三倍于最先进的锂离子电池。因此，锂-空气电池有极大潜力，可进行许多应用，这就要求能量储存系统要超越锂离子电池，如远程电动汽车，每次充电可以行驶500多公里。
报道他们的成果，是在2011年10月10日《纳米快报》（Nano Letters）在线版，题目是《分层多孔石墨烯用作锂空气电池电极》（Hierarchically Porous Graphene as a Lithium-Air Battery Electrode），张基广和他在西北太平洋国家实验室的小组证明，一种新的空气电极，包含不寻常的分层排列功能化石墨烯薄片（无催化剂），可带来极高的锂氧电池容量，就是15000毫安时/克，这是这一领域有史以来报道的最高值。
这种锂-空气电池的性能受许多因素影响，如电解质成分，宏观结构的空气电极，微观直到纳米结构的含碳材料。反应产物（如Li2O2）沉淀在含碳电极上，最终会阻塞氧气通道，限制锂-空气电池的容量。
太平洋西北国家实验室小组最近的工作，最大限度地减轻了空气电极阻塞问题，显著提高了的容量。
“以前的工作使用介孔炭或石墨烯薄片，或浇铸成一种堆叠式二维结构，这就限制了它的可用容量，”张基广说。“我们的工作首次展示了一种自我组装的、双峰石墨烯结构，既有微米大小的开放孔隙，可加快氧气扩散，也有大量纳米孔隙（2-50纳米），可催化Li-O2反应，同时防止过快增长的放电产物阻塞化学通道。”
此外，研究表明，石墨烯的缺陷和功能组，有利于形成孤立的纳米尺寸的Li2O2颗粒，有助于防止空气电极中的空气阻塞。成片石墨烯的分层有序多孔结构，可进行实际应用，促进使用这种结构的大多数石墨薄片。
制备空气电极采用功能化石墨烯薄片时，这种功能化石墨烯薄片首先要分散在微乳溶液中，这种溶液也包含电极粘结剂材料。经浇铸并干燥后，非常不寻常的形态就会制成。
“令人惊讶的是，这种功能化的石墨烯薄片聚合成松散堆积的“破蛋”结构，留下很大的相互连接的隧道，一直穿进整个电极深处，”张基广说。“这些隧道作用就像众多的动脉，不断供应氧气进入电极内部，在放电过程中就是这样。更重要的是，这种复杂的孔隙结构在电解液渗透后仍然保留下来，不像测试过的其他多孔碳材料。”
他们用扫描电子显微镜（SEM）观察“碎蛋”的“壳”，研究人员发现，这些“壳”包含许多较小的连续纳米孔，连通大隧道。张基广指出，这种独特的形态是一种理想的设计，可用于空气电极。“在放电过程中，强大的大型隧道可以作为“高速公路”，供应氧气进入空气电极内部，同时，壁上的小孔都是出口，提供三相（固态-液态-气态）区域，进行氧气还原。”
一些障碍仍然需要克服，之后这种电池系统才可以大规模应用。主要障碍包括：放电速度低;电解质稳定性和锂-空气电池的可逆性;需要氧气选择性膜，以减轻容量退化，这种退化源自水分渗透;需要防止锂枝晶（dendrite）生长，以延长循环寿命。
张基广说。“我们的工作首次展示了一种自我组装的、双峰石墨烯结构，既有微米大小的开放孔隙，可加快氧气扩散，也有大量纳米孔隙（2-50纳米），可催化Li-O2反应，同时防止过快增长的放电产物阻塞化学通道。”
这与第六元素的石墨烯专利相似，而国内第六元素首先申请了这项石墨烯专利以后其他公司未经第六元素授权是不能使用第六元素的这项石墨烯专利技术的，这样第六元素就在国内石墨烯技术方面具备了垄断优势
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: CN201110048059.4
申请日: 2011.02.28 公开（公告）号: CN102070140A
公开（公告）日: 2011.05.25
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。
背景技术
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1500～3000 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。
锂空气电池理论能量密度是锌空气电池能量密度的8倍多，具有当今化学电池系统最高的能量密度，15千瓦时/千克的能量密度与乙醇燃料电池不相上下，并可与汽油媲美，既是储能工具，又是燃料电池
目前锂空气电池专利申请极少，只有11个专利，其中有三个是清华大学申请的，三个时中国科学院上海硅酸盐研究所申请的，三个是中国科学院青岛生物能源与过程研究所申请的，一个是丰田自动车株式会社申请的，一个是复旦大学申请的
而第六元素是深圳清华下属企业，看来清华在此方面早已经完成了技术布局
名称: 一种双层可控正极结构锂空气电池
申请（专利）号: CN201110126568.4 申请日: 2011.05.16
公开（公告）号: CN102227035A 公开（公告）日: 2011.10.26
主分类号: H01M12/06（2006.01）I 范畴分类:
分类号: H01M12/06（2006.01）I;H01M4/86（2006.01）I
申请（专利权）人: 清华大学
本发明公开了属于锂空气电池制备技术领域的一种双层可控正极结构锂空气电池。本发明锂空气电池的正极为大孔亲水碳布层与多孔憎水碳纸层双层结构，其中多孔憎水碳纸层是将碳纸通过PTFE进行强憎水处理，使其仅作为气体传输通道；而大孔亲水碳布层是将碳布的大孔周围涂覆上一层碳载合金催化剂，使其成为电化学反应发生的场所。锂空气电池放电过程中，放电产物将沉积在碳布的大孔周围，随着放电的长时间进行，放电产物会堵塞碳布的孔径，使得气体与电解液不能在催化剂表面形成三相界面而导致放电终止。本发明的锂空气电池没电时无需充电，只需更换大孔亲水碳布层，就使得锂空气电池可以连续工作。
还是清华牛啊，不用充电一换就行
锂-空气电池并非新概念。由于在正极上使用空气中的氧作为活性物质，理论上正极的容量密度是无限的，可加大容量。另外，如果负极使用金属锂，理论容量会比锂离子充电电池提高一位数。但是，为什么锂-空气电池至今都未普及？原因是它存在致命缺陷，即固体反应生成物氧化锂（Li2O）会在正极堆积，使电解液与空气的接触被阻断，从而导致放电停止。
2009年2月，日本产业技术综合研究所能源技术研究部门能源界面技术研究小组组长周豪慎和日本学术振兴会（JSPS）外籍特别研究员王永刚共同开发出了新构造的大容量锂空气电池。他们通过将电解液分成两种来解决上述问题。在负极（金属锂）一侧使用有机电解液，在正极（空气）一侧使用水性电解液。在两种电解液之间设置只有锂离子穿过的固体电解质膜，将两者隔开。这样便可防止电解液混合，并促进电池发生反应。
负极用电解液组合使用的是含有锂盐的有机电解液。虽然不能弃用有机溶媒，但却限定了使用方法。正极用水性电解液使用碱性水溶性凝胶，与微细化后的碳和低价氧化物催化剂形成的正极组合。在锂-空气电池中，由于放电反应生成的并非是固体的Li2O，而是容易溶解在水性电解液中的LiOH（氢氧化锂）。氧化锂在空气电极堆积后，不会导致工作停止。水及氮等也不会穿过固体电解质的隔壁，因此不存在与负极的锂金属发生反应的危险。而且，在充电时，如果配置充电专用的正极，还可防止充导电致空气电极的腐蚀和老化。
实验证明，以0.1A/g的放电率进行放电时，放电容量约为9000mAh/g，而以前的锂-空气电池的放电容量仅为700～3000mAh/g，可以说实现了容量的大幅增加。另外，如果使用水溶液取代水溶性凝胶，便可在空气中以0.1A/g的放电率连续放电20天，其放电容量约为5万mAh/g（空气极的单位质量），比原来高一位数。由于金属锂电池的容量原本就比锂离子电池高一位数，因此该数值共比锂离子充电电池高两位数。
现在，由于水溶液的性能较高，而在易用性上凝胶更为出色，科学家们今后需要考虑决定究竟对这两者中的哪一个进行开发。了解到，这种技术还可考虑与单纯的充电电池不同的使用方法。如果不对电池进行充电，而是通过汽车底座更换正极的水性电解液，以卡盒等方式补给负极的金属锂，汽车便可实现无需充电等待时间，立即行驶。而且，通过回收用过的水性电解液，以电气方式重新生成金属锂，还可继续作为电池负极燃料循环使用，避免产生其他污染。锂-空气电池可以说是以金属锂为燃料的新型燃料电池。
锂空气电池——会呼吸的绿色电池
文章来源：上海硅酸盐研究所 发布时间：2011-05-25
空气，这一大自然赐与人类的最珍贵的礼物，像一位慈祥的母亲，无私的供给给植物，动物和人类呼吸所需要的气体，从而才有了我们植物动物和人类共同繁荣的今天。但人类肆无忌惮的对大自然的征服和改造也正在慢慢的让这位慈祥的母亲不堪重负。暂且不说一根根来自各种工厂的冒着各种颜色废气的大烟囱严重污染着我们人类赖以生存的空气，就各种能源消耗设备的发展所造成的化石能源的燃烧，不仅造成了能源危机，由此排放出的大量的温室气体二氧化碳更是造成了全球变暖，冰川融化，海平面上升，人类生存的陆地面积越来越少，各种自然灾害不断增加，这些都成为人类生存和发展的巨大威胁，能源转型迫在眉睫。
锂，元素周期表中排在第三位的金属，似乎只是碱金属中平凡的一种，但它的用途确并不是那么的平凡。首先，它是最轻的金属，把锂扔到水里，它会像软木塞一样漂浮在水面上，它的密度只有水的一半；其次锂在几个尖端领域早已崭露头角，锂是氢弹的原料，我国第一颗氢弹就是用氢化锂和氘化锂作炸药的，一公斤氘化锂的爆炸能力相当于五万吨烈性TNT；高氯酸锂、硝酸锂是火箭燃料的高效氧化剂；氢氧化锂有特殊的香味，是制造汽水的原料。而它最重要也是对人类最有价值的应用莫过于金属锂是电势最负的金属，从而成为电池中负极的最佳选择，促进了锂离子电池的发现。锂离子电池发展至今，已经大大的改变了人类对传统化学电源的印象，质量轻，体积小，续航时间长等优点都使便携式电子设备，如手机，相机，笔记本电脑迅速发展，可以说锂离子电池的发现已经完全改变了传统的通讯，休闲，娱乐甚至商务会议的概念，使之不再局限于时间地点，更加省时，省力，随心所欲。
但目前商业化的锂离子电池主要还是基于LiCoO2等锂离子嵌层化合物的摇椅机理，正极材料成为锂离子电池能量密度的限制，而要减少二氧化碳的排放，解决全球变暖，仅靠便携电子设备的电源改革是不行的，因为造成二氧化碳排放的原因主要是道路交通工具所使用的化石燃料的燃烧，因此发展电动汽车才是最直接的解决办法。但要实现纯的电动汽车，电化学电源需要完全代替汽油，即达到汽油的13000Wh/Kg的能量密度，而锂离子电池由于正极材料和摇椅机理的限制极限能量密度只能达到400Wh/Kg，所以，锂离子电池难当重任，寻找新的电化学电源途径势在必行。
锂空气电池的研究应运而生，它的原理如图1所示，以金属锂为负极，由碳基材料组成的多孔电极为正极，放电过程中，金属锂在负极失去电池成为锂离子，电子通过外电路到达多孔正极，神奇的是电子并没有将多孔电极上的碳还原，而是像人类的呼吸一样，将空气中的氧气还原，这一反应持续进行，电池便可以向负载提供能量。充电过程正好相反，在充电电压的作用下，放电过程中产生的放电产物首先在多孔正极被氧化，重新放出氧气，锂离子则在负极被还原成金属锂，待该过程进行完全，则电池又可重新向负载提供能量。由此可见，锂空气电池的呼吸不同寻常，既不像植物的光合作用消耗空气中的二氧化碳产生氧气，又不像人类的呼吸作用吸入氧气产生二氧化碳，它吸入的是氧气，但氧气在充电过程又再次放出，并且整个过程中不会产生对环境有害的物质，完全是零污染的绿色过程。
另外，锂空气电池的另一个重大优势就是正极的活性物质氧气是直接来源于周围空气，因而是取之不尽用之不竭的，并且不需要储存在电池内部，这样既降低了成本又减轻了电池的重量，所以电池的能量密度完全取决于金属锂一侧。通过理论计算可以得出，锂空气电池的能量密度可以达到13200Wh/Kg的超高理论能量密度，这一能量密度足以和汽油相媲美，从而有望完全代替汽油，真正实现纯电动汽车。
目前全球已经有上千个研究单位在从事锂空气电池方面的研究，经过科研人员不懈的努力，期望在不久的将来这一会呼吸的绿色电池可以真正的实现在电动汽车方面的应用，从而为人类的可持续发展做出贡献。 | 
发表于 2011-11-14 08:30
提升卡
变色卡
千斤顶
