石墨烯电池的应用或将改变石墨未来的发展前景

石墨烯电池的应用或将改变石墨未来的发展前景

人造“超级矿物”石墨烯虽然尚未在工业上投入商业应用，但在电池方面具有巨大的潜力，预计未来几年将出现巨大增长。这些矿物的前景如何?

石墨烯电池的应用或将改变石墨未来的发展前景

石墨烯是一种二维原子层的石墨



随着政府、企业和个人转向电池为间歇性可再生能源和电动汽车提供能量储存，锂离子电池市场必将蓬勃发展。到2040年，预计全球将有5.3亿辆电动汽车。许多公司已经在扩大电池技术的生产，特斯拉(Tesla)及其超级工厂就是其中的佼佼者。据彭博新能源财经报道，到2021年，电动汽车锂离子电池的产量将从目前的9000千瓦时提高到270千瓦时。



电池矿物，特别是锂和钴，已经被广泛应用。



但是石墨，地球上自然存在的三种碳之一，经常被忽视。锂离子电池中石墨的含量是锂离子电池的40倍。这是推动稀土需求增长的关键因素之一。到2020年，稀土需求将飙升200%。这一需求使石墨价格在2016年12月至2017年12月期间上涨了25%。



最近开发的一种“超级矿物”，可以显著改善电池技术，这是推动石墨烯另一个的因素。今年早些时候，三星宣布计划在其手机电池中加入石墨烯离子，帮助电池充电更快、续航时间更长。随着石墨烯在石墨上发光，对需求意味着什么?

石墨烯电池的应用或将改变石墨未来的发展前景

锂离子电池中石墨的含量是锂离子电池的40倍



石墨烯：新一代技术



曼彻斯特大学的科学家们从2004年开始开发石墨烯。它是一种二维石墨原子层，通常通过机械剥落形成。2010年，该大学的科学家因这一发现获得了诺贝尔奖。



石墨烯是一个革命性的产品,可以让互联网连接更快、过滤海水,让手机屏幕牢不可破,显然是一个典型的例子,英国企业的创新能力改变制造业在全球范围内的景观。



迄今为止，石墨烯是迄今为止发现的最强矿物，强度是钻石的40倍。它作为导热体和导电体比石墨更有效。在过去的8年里，石墨烯的潜在用途得到了越来越多的探索，包括在超级电容器和过滤膜中的应用。石墨烯的传输速度是锂的140倍，而重量是铝的100倍。这意味着它可以将标准锂离子电池的功率密度提高45%。少量的石墨烯也将大有裨益，这将增加其经济吸引力。



但是，石墨烯的商业化至今因缺乏标准化而受阻。今年7月，曼彻斯特大学国家物理实验室和国家石墨烯研究所推出了全球首个石墨烯表征服务。这项服务将提供学术界和工业界之间缺失的一环，并将在未来几年彻底改变石墨烯商业化的方式。这受到了研究人员和石墨烯行业人士的欢迎。



因为目前还没有石墨烯的确切定义标准，如果我们想看到终端用户的大量购买，就需要解决这个问题。一个清晰的框架应该通过确保购买协议对买卖双方都是公平的，从而减轻商品的销售。

石墨烯电池的应用或将改变石墨未来的发展前景

石墨：任重道远



随着锂离子电池的发展，对石墨的需求越来越大。美国和欧盟(eu)都已将其列为战略矿产，这巩固了其重要性。石墨最常用来制造钢铁，因为它在高达3600℃的温度下保持刚性，但它已经在数百个行业中使用了数千年。它导热性和电导率都很高。



石墨是纯碳的软形式，通常在自然环境中以片状或块状存在。该方法可以综合构建，但由于成本较高，开采难度较大。这种商品在世界各地开采，包括巴西、印度和马达加斯加。中国是世界上最大的石墨生产国，但最近由于中国努力减少污染和保护环境而减少的碳排放可能会改变这一状况。



目前，只有5%的石墨用于电池。然而，随着各国(尤其是中国)向低碳经济迈进，这种情况似乎将发生改变。为减少污染和减缓气候变化而转向可再生技术的努力受到了间歇性技术的阻碍。



人们常常哀叹，当太阳照耀时，太阳能是巨大的，当风吹时，风力涡轮机是辉煌的，但两者都不能产生基本负载的电力。绕过这一抱怨的一项努力是开发存储技术，以平衡生产和需求。



目前，这主要集中在各种尺寸的锂离子电池上。从特斯拉(Tesla)在澳大利亚推出的巨型动力电池组(Powerpack)等巨型电池，到用于电动汽车的电池，这些电池都有一个共同点:它们都需要大量石墨。



需求已经呈指数级增长，并导致人们预测，到2020年，石墨市场可能增至25万吨。随着世界转向电池，采矿业务将不得不扩大，以满足需求，目前北美最大的石墨矿年产量只有25000吨。



虽然合成石墨可以用于电池技术，但生产它所需要的大量煤炭大大降低了它的环保资质。



这使得分析人士预测，人们对开采石墨的兴趣将会上升，而不是合成这种大宗商品。



石墨和石墨烯在聚光灯下



未来几年，对石墨的需求将会增长，如果石墨烯真的成为一种电池材料，供应限制可能会进一步加剧。许多人对这种人造矿物及其对电池技术的影响寄予厚望。预计石墨烯在未来10年将有强劲的增长。



它的不断发展和商业化无疑将影响人们对石墨的关注。技术的飞速发展提高了石墨的加工水平，增加了天然石墨的吸引力。美国地质调查局(US Geological Survey)表示:“能够生产更高纯度石墨粉末的热工技术和酸浸技术的进步，可能会导致石墨在高科技领域的新应用开发。”



这种创新的精炼技术使改进后的石墨能够用于碳石墨复合材料、电子、箔、摩擦材料和特殊润滑剂的应用。柔性石墨生产线，如石墨烯透明导电膜，可能是增长最快的市场。



大规模的燃料电池应用正在开发中，它消耗的石墨可能与其他所有用途的总和一样多。随着世界继续转向更清洁的能源体系，石墨和“超级矿物”石墨烯似乎将开始证明它们的潜力。

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