石墨烯可望實(shí)現(xiàn)大規(guī)模蓄電

英國曼徹斯特大學(xué)(University of Manchester)國家石墨烯研究所(National Graphene Institute)的研究人員們利用石墨烯作為添加材料，致力于探索得以減少電池尺寸與重量以及擴(kuò)展電池壽命的各種新方法。

在一篇題為《以石墨烯材料實(shí)現(xiàn)電化學(xué)儲(chǔ)能》(Electrochemical Energy Storage with Graphene-Enabled Materials)的研究計(jì)劃中，研究人員們正與多家企業(yè)展開合作，其中包括勞斯萊斯(Rolls-Royce)、夏普(Sharp)和摩根先進(jìn)材料(Morgan Advanced Materials)等。這些企業(yè)合作伙伴在石墨烯的未來應(yīng)用發(fā)展中扮演關(guān)鍵地位。目前，Graphene@Manchester正與來自全球30多家企業(yè)共同展開研究計(jì)劃與應(yīng)用。

曼徹斯特大學(xué)電子與電子工程學(xué)系教授Andrew Forsyth解釋，在我們開發(fā)電池之前，我們必須先目了解石墨烯如何與化學(xué)成份(特別是電解質(zhì))起作用。該?；瘜W(xué)系教授Robert Dryfe則以實(shí)驗(yàn)分析石墨烯與鋰離子之間的化學(xué)相互作用。Dryfe教授并探索電子究竟能多快速穿過石墨烯以及可儲(chǔ)存在石墨烯表面的電容大小。

該計(jì)劃的另一項(xiàng)重點(diǎn)是基于石墨烯的超級(jí)電容器通常具有高功率性能以及比電池更長的壽命，但儲(chǔ)存容量卻較低。不過，研究人員仍看好以電池作為補(bǔ)強(qiáng)該整合儲(chǔ)存方案的一部份。

根據(jù)Forsyth教授表示，石墨烯電池與超級(jí)電容器的結(jié)合，可為電動(dòng)車的銷售帶來強(qiáng)大的推動(dòng)力。目前，這些環(huán)保汽車使用重量高達(dá)200公斤的電池，差不多是三位乘客的重量了。透過減輕電池的重量，石墨烯將有利于提高汽車的能效，以及增加電動(dòng)汽車的續(xù)航力達(dá)到超過目前約100公里的限制。

Forsyth教授強(qiáng)調(diào)，如果我們能夠延長電動(dòng)車在兩次充電站之間的續(xù)航力，應(yīng)該馬上就能讓電動(dòng)車變得大受歡迎。但電池如何能突破實(shí)際生活中的駕駛限制?電動(dòng)車就像其他所有的汽車一樣仍無法順暢地驅(qū)動(dòng)。如同駕駛?cè)嗽诩铀贂r(shí)一樣，對(duì)于電力急劇需求的高峰，將會(huì)為電池帶來壓力，而且還可能會(huì)限制其使用壽命。

為了測(cè)試結(jié)合石墨烯電池和超級(jí)電容器的原型是否能夠勝任這項(xiàng)工作要求，F(xiàn)orsyth教授透過模擬不同駕駛情況使其暴露于現(xiàn)實(shí)世界壓力下。他表示，我們甚至可測(cè)試駕駛于極端氣候情況的駕駛技術(shù)。許多電池在嚴(yán)寒天氣條件下難以發(fā)揮作用，經(jīng)由我們的氣候室可發(fā)現(xiàn)任何弱點(diǎn)。

當(dāng)然，基于石墨烯的儲(chǔ)存并不限于傳輸。隨著英國變得更加依賴于可再生能源，它還將在國家電網(wǎng)的未來發(fā)揮重要作用。Forsyth教授質(zhì)疑道，如果我們只依賴太陽能和風(fēng)能來產(chǎn)生能量的話，有一天當(dāng)烏云密布以及微風(fēng)時(shí)又該怎么呢?如果我們能夠開發(fā)出高容量?jī)?chǔ)能機(jī)制，業(yè)者將能夠先行蓄電以備不時(shí)之需。

在曼徹斯特大學(xué)校園中已經(jīng)安裝了電網(wǎng)級(jí)電池以及轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，用于測(cè)試大規(guī)模的蓄電。研究人員們將利用電池系統(tǒng)來開發(fā)可控制電流流動(dòng)的方法，并調(diào)整發(fā)電量和當(dāng)?shù)匦枨笾g的差異。