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石墨烯-铝电池最新研究成果:可1.1秒充满电

日期:2018-01-08 来源:加入商业汇 作者: 浏览量:
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刚刚,人民日报披露一重大消息:浙江大学高分子科学与工程学系高超团队,研制出了一种新型石墨烯-铝电池。


经测试,它在25万次充放电循环后仍能保持91%的容量;同时其倍率性能优异,快速充电可1.1秒内充满电。


1.1秒啊!只要你眼睛眨一下,手机就充好了!


不仅如此,这种电池还有很多牛掰的特点:


抗冷热:在零下30摄氏度的环境中,它能实现1000次充放电性能不减,而在100摄氏度的环境中,它能实现4.5万次稳定循环。


经折腾:将它弯折一万次后,容量完全保持;即使电芯暴露于火焰中也不会起火或爆炸。


寿命长:哪怕每天充电10次,也能用上近70年!


2、石墨烯为什么那么牛?


我们都知道,“智能化”正在推动人类的下一次工业革命。那么智能化的关键点在哪里呢?


以“智能手机”为例,作为智能时代的开端产品,作为人类行为和交往的基本工具,它的革新可以直接影响我们的效率。

 

“智能手机”中有大量芯片,比如音频芯片、视频芯片、电源管理芯片、ISP芯片(拍照用)、WIFI芯片、CPU、GPU、基带等等,人们对智能手机的性能的要求越来越高,尤其是续航能力,所以这些芯片的负荷也就越来越高。但是在在材料没有更新的情况下,所有的改进都是量变而不是质变。

 

现在芯片的材料都是硅,硅的极限宽度是七纳米,已经临近边界。


因此这场变革的临界点落脚到了材料的创新上面。

 

我们就来好好了解一下新材料之王:石墨烯。


首先,我们来认识一下大自然最基本、最神奇的元素——碳

 

碳,是生命的基本单元。碳原子一个一个的排列,演变成氨基酸、核苷酸,然后再一节链一节地接长,演变成为蛋白质和核酸,进而演化出细胞,最后组成了虫、鱼、鸟、兽、猴子、猩猩、直至人类。可以说“碳”是生命世界的栋梁之材。


没有碳,就没有生命。世界上已经回荡了三四十亿年的生命交响乐,可以说其主旋律就是“碳:元素的化学演变。


既然碳元素那么神奇,它形成的物质也不同凡响。碳原子的排列方式不同,就组成了不同物质。


我们平常所说的钻石(金刚石),就是由碳原子组成的。碳原子排成四面体,碳原子位于四面体的角顶及中心,具有高度的对称性,于是形成了金刚石。

 

由于金刚石是天然物质,因此含有杂质。但碳元素形成的另外一种物体石墨烯(Graphene)就不同了,它是完全纯洁的物体。虽然也是由碳原子组成(跟钻石是同素异形体)。


但石墨烯的原子尺寸结构非常特殊,石墨烯是由一层碳原子构成的二维碳膜(只有一层原子厚度),它是世界上唯一只有一层原子构成的物质,特殊到必须用量子场论才能描绘。

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2004年,英国曼彻斯特大学物理学家将它成功从石墨中分离出石墨烯,证实它可以单独存在,因此2010年诺贝尔物理学奖。


3、石墨烯有多神奇?

 

在塑料里掺入百分之一的石墨烯,就能使塑料具备良好的导电性;


加入千分之一的石墨烯,能使塑料的抗热性能提高30摄氏度。

 

科研人员还发现,细菌的细胞在石墨烯上无法生长,而人类的细胞则可以正常生长。

 

如果用石墨烯制作电容装置,它的充放电速度是锂电池100倍——1000倍!


很多人抱怨智能手机用不多久就得一天充几次电,但现在传统的手机电池即将被石墨烯淘汰!

 

在信号感应方面,据新加坡一个科研团队展示的科研成果,石墨烯感光元件的性能比传统传感器强1000倍!


在信号传输方面,石墨稀的电子传输速度极快,它制造的处理器频率有望达到1THz以上,是目前硅芯片的100到1000倍。


在承受性方面,石墨烯可承受1 亿~2 亿A/cm2 的电流密度,这是铜耐受量的100 倍左右。


在军事方面,美军在轰炸科索沃的军事行动中就曾大量使用石墨炸弹,海湾战争时期,美军就在伊拉克使用这种石墨炸弹来瘫痪萨达姆政府的供电设施,最后使伊拉克全国供电系统85%瘫痪。


而中国也在2009年宣布造出了石墨炸弹,以250公斤集束炸弹为载体,内装填147枚碳纤维子弹药,每一枚包含32束碳纤维。据了解一枚国产石墨炸弹炸弹可以覆盖6000平方米的范围,可以有效的瘫痪敌人城市的电力系统。这让美国大吃一惊。


4、放眼未来,互联网正在升级到物联网,无论是5G还是智能时代,未来一定是万物互联的。


这就对智能设备材料的性能、传感性、敏感度都提出了更高的要求,目前来看石墨烯已经做好了充分的准备,是最好的基础材料,石墨烯才是万物互联的基石!


因此石墨烯被称为“黑金”,对于未来的超级计算机来说,石墨烯也有可能成为材料备选,科学家预言石墨烯将改变人类的21世纪。


中国在石墨烯方面优势巨大,要知道世界石墨的70%在中国。截至2016年3月,中国石墨烯的专利总数占全世界的56%,排名第一,后面才是韩国、美国、日本!


在石墨烯的推动之下,中国的大数据、物联网、云计算、智能设备等各项前沿产业也必定会取得惊人成绩,届时中国的移动支付等创新产业的效率都会大大提升,“万物互联”的实现就不再是问题,这些影响最后都会作用于经济效率的提升!


现在,改变世界的主要有三大科技:人工智能、基因科学、材料科学。中国现在这些领域正逐渐赶超,有望弯道超车,领先世界。