石墨烯的應(yīng)用領(lǐng)域.

1、第二章 第二章 石墨烯應(yīng)用領(lǐng)域 石墨烯應(yīng)用領(lǐng)域石墨烯因其獨特的電學(xué)性能、力學(xué)性能、熱性能、光學(xué)性能和高比表面積，近年來受到化學(xué)、物理、材料、能源、環(huán)境等領(lǐng)域的極大重視，應(yīng)用前景廣闊，被公認(rèn)為 21 世紀(jì)的“未來材料”和“革命性材料” 。具體在五個應(yīng)用領(lǐng)域： 一是儲能領(lǐng)域。石墨烯可用于制造超級電容器、超級鋰電池等。二是光電器件領(lǐng)域。石墨烯可用于制造太陽能電池、晶體管、電腦芯片、觸摸屏、電子紙等。三是材料領(lǐng)域。石墨烯可作為新的添加劑，用于

2、制造新型涂料以及制作防靜電材料。四是生物醫(yī)藥領(lǐng)域。石墨烯良好的阻隔性能和生物相容性，可用于藥物載體、生物診斷、熒光成像、生物監(jiān)測等。五是散熱領(lǐng)域。石墨烯散熱薄膜可廣泛應(yīng)用于超薄大功耗電子產(chǎn)品，比如當(dāng)前全球熱銷的智能手機、IPAD 電腦、半導(dǎo)體照明和液晶電視等。中國科學(xué)院預(yù)計，到 2024 年前后，石墨烯器件有望替代互補金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）器件，在納米電子器件、光電化學(xué)電池、超輕型飛機材料等研究領(lǐng)域得到應(yīng)用。 目前，全球范圍內(nèi)

3、僅電子行業(yè)每年需消耗大約 2500 噸半導(dǎo)體晶硅，純石墨烯的市場價格約為人民幣 1000 元/g ，其若能替代晶硅市場份額的 10%，就可以獲得 5000 億元以上的經(jīng)濟利益；全球每年對負(fù)極材料的需求量在 2.5 萬噸以上，并保持了 20%以上的增長，石墨烯若能作為負(fù)極材料獲得鋰離子電池市場份額的 10%，就可以獲得 2500 噸的市場規(guī)模?？梢?，石墨烯具有廣闊的應(yīng)用空間和巨大的經(jīng)濟效益。所謂石墨烯電池并非整個電池都用石墨烯材料制作，而

4、是在電池的電極使用石墨烯材料。在理論上石墨烯電極可能有超過石墨兩倍的比容量。另外，如果將石墨烯和炭黑混合后作為導(dǎo)電添加劑加入鋰電池可以有效降低電池內(nèi)阻，提升電池倍率充放電性能和循環(huán)壽命，而且電池的彎折對充放電性能沒有影響，因此電極采用石墨烯材料后，使電池具備高充放電速率是石墨烯電池具備快速充電的原因。在鋰電池中應(yīng)用，石墨烯的主要功能包括兩個：一是導(dǎo)電劑，二是電極嵌鋰材料。以上兩點應(yīng)用都是在和傳統(tǒng)的導(dǎo)電碳/石墨競爭。目前石墨烯在鋰電池中的

5、添加形式主要有三種：導(dǎo)電添加劑、電極復(fù)合材料、直接作為負(fù)極材料，目前石墨烯導(dǎo)電劑研發(fā)技術(shù)已經(jīng)相對成熟。石墨烯在鋰電池中的應(yīng)用2.1.1 石墨烯作為鋰離子電池正極導(dǎo)電添加劑 石墨烯作為鋰離子電池正極導(dǎo)電添加劑 鋰電池正極材料導(dǎo)電添加劑，顯著提高充放電及導(dǎo)電性能，正極材料導(dǎo)電添加劑是石墨烯鋰電池應(yīng)用中走在產(chǎn)業(yè)化最前端的一環(huán)。石墨烯是高性能鋰電池正極導(dǎo)電添加劑的新選擇。利用其二維高比表面積的特殊結(jié)構(gòu)所帶來的優(yōu)異電子傳輸能力，可顯著提高電極材料