當今世界面臨著嚴峻的環境與能源挑戰。傳統能源如煤、石油的不斷消耗以及環境的日益惡化嚴重影響了人類的日常生活以及社會的正常發展。因而開發更為高效與環境友好的能源設備越來越得到人們的強烈關注。為**的初代鋰離子二次電池以其在能量密度與操作電壓上明顯優于傳統鉛酸與鎳鎘電池的優勢,迅速應用于便攜電子設備電池市場。其后,隨著具有環境友好、成本低廉、循環性能穩定等諸多優勢的以磷酸鐵鋰為**的正極材料的報道[6,7],鋰離子二次電池的應用也擴展到混合動力汽車與純電動汽車領域。然而目前鋰離子電池電極材料還存在著諸多問題,如較低的電子電導率與鋰離子遷移效率、嵌脫鋰過程中巨大的體積變化、電極材料與電解液的副反應造成的容量損失以及活性物質不可逆的結構變化制約材料的循環穩定性等。另外,由于目前常用的鋰離子電池正極材料固有的理論容量限制,實際應用的鋰離子電池的比能量密度很難突破250Wh/kg[8],因而難以滿足其在高比能量電池領域的長遠發展。在這種背景下,鋰硫電池作為一種新的電化學儲能體系,以其超高的理論能量密度(2600Wh/kg)以及單質硫儲量豐富、環境友好的特點,成為高比能二次電池的研究熱點。氧化石墨是多層、未剝離的氧化石墨烯。全國制備氧化石墨烯類型
**近幾年,國內外在石墨烯基薄膜散熱方面取得了積極進展,接下來需要科學家和工業界一起努力,將石墨烯基薄膜應用在實際器件熱管理中。目前,國內外生產石墨烯基薄膜的機構超過20家。國內如哈爾濱工業大學杜善義院士團隊制備出三維石墨烯基散熱材料,由哈爾濱赫茲新材料科技有限公司投資1500萬元,年可生產石墨烯散熱片60萬片,實現產值3000萬元。東旭光電、廈門烯成石墨烯科技有限公司、深圳六碳科技有限公司、北京石墨烯散熱膜片研發有限責任公司、貴州新碳高科有限責任公司、常州富烯等在石墨烯導熱膜產業化方面也取得了積極進展。國外的如瑞典的斯瑪特高科技股份有限公司(SHT,SmartHighTechAB)在石墨烯導熱膜方面也有自己獨特的技術,據報道,SHT公司的石墨烯薄膜熱導率已超過現有石墨薄膜的熱導率。河北制備氧化石墨烯生產氧化石墨烯可以應用于鋰離子電池。
在過去的幾十年里,隨著工業的快速發展,環境污染和石化燃料資源枯竭問題日益嚴重,設計和制備能夠有效轉換和利用太陽能等可再生能源的新型熱管理材料成為了目前急需解決的難題。另外,由于電子設備組件正在逐漸向微型化、集成化方向發展,這種趨勢會導致設備在運行過程中產生大量熱量,從而影響其可靠性、穩定性和安全性。因此,制備具有高導熱的散熱材料是促進電子設備發展的關鍵問題之一。由于石墨烯具有高本征熱導率、高比表面積及優異的機械性能,被作為制備熱能存儲材料、散熱材料等熱管理材料的理想選擇。
除了可以將太陽能轉換為熱能存儲之外,石墨烯相變材料也可以將電能轉換為熱能存儲。Wang[65]等人通過冰模板法制備了石墨烯納米片(GNP)氣凝膠,然后與石蠟復合得到相變復合材料,具有高導熱性、較好的形狀穩定性和熱穩定性,當GNP含量為4.1wt%時熱導率可達到1.42Wm-11C1。此外,當電壓為5V時,流經樣品的電流約為1.18A,此時溫度迅速升高,證實了其出色的電熱轉換能力。Li[66】等人將氣相擴散法和溶膠-凝膠法相結合,通過超臨界C02干燥和熱退火過程,制備了具有各向異性網絡的三維石墨烯氣凝膠,導熱率和導電率分別高達1.71士0.2Wnr11C1和341.3Snr1。其相變復合材料在施加1?3V的電壓時,電-熱轉換效率比較高可以達到85%。這項工作能夠為開發智能的電-熱轉換及存儲系統提供理論基礎,并證明了石墨烯相變復合材料在電子設備、太陽能存儲利用、熱管理系統等領域具備的潛力。石墨烯復合材料可用于注射和擠出成型制件,作為粒子材料應用于礦用管、給水管及汽車電器配件等領域。
單層石墨烯在室溫下的熱導率超過5000Wnr1IC1,因此被作為用于熱管理系統中的理想熱管理材料。近年來,人們發現取向三維石墨烯網絡結構能夠為熱量傳遞提供有效路徑,因此在散熱材料和相變材料領域具有廣闊的應用前景。劉忠范院士團隊[39]合成了用作熱管理材料的石墨烯氣凝膠/十八烷酸相變復合材料,在填充含量為20vol%時熱導率約為2.635Wm-1K-1,且其垂直分布的石墨烯納米片提供了更大的光吸收及熱交換面積,顯著提高了太陽能的光-熱轉換及存儲效率,遠遠優于其他傳統的光-熱轉換材料。氧化石墨烯分散液為棕黑色溶液。福建制備氧化石墨烯商家
氧化石墨烯官能團豐富,易于改性,可以官能化。全國制備氧化石墨烯類型
利用石墨烯的納米效應,將石墨烯和其他材料制備成復合薄膜也是石墨烯應用到熱管理中的途徑之一。如中科院陳成猛團隊[58]制備出一種柔性的石墨烯-碳纖維復合膜散熱片,結果表明其熱導率達到977W/(m·K),其熱傳遞的效果好于銅。**科大[59]制備出三維的石墨烯-碳納米環薄膜,其熱導率可達946W/(m·K)。浙江大學高超團隊[60]報道了一種快速濕紡組裝(wet-spinningassembly)的方法制備石墨烯薄膜,其熱導率達530~810W/(m·K)。可見,將石墨烯和其他材料制備成復合薄膜,復合薄膜的全國制備氧化石墨烯類型