石墨烯變為蓄電池電極 用光驅實現“量產”

鋰電世界  作為碳材料的一種，石墨烯很有希望成為蓄電池的電極材料。美國加州大學洛杉磯分校（UCLA）和日本物質材料研究機構（NIMS）各自都開發出了使用石墨烯作為電極、能量密度與充電電池相當的電容器。兩者在制造石墨烯時都開發了獨自的方法，有利用制造消費類產品的技術的，也有在石墨烯中加入碳納米管（CNT）的。
在DVD上成膜的氧化石墨（黃金色）上，用DVD激光形成了圖案。激光照射到的部分變成了多層石墨烯，顏色也變成黑色。
    利用市售的光盤驅動器
    UCLA表示，20美元左右的低價CD/DVD光驅是制作石墨烯電極的出色“制造裝置”（圖1）。具體的制造方法如下：首先，將石墨粉末氧化，變成“氧化石墨（GO）”粉，然后將其混入水溶液中，均勻涂在PET（polyethyleneterephthalate）等薄膜基板上。接下來，將其烘干后貼在CD/DVD光盤上，并放入光驅中，用刻錄CD時使用的激光進行照射。

圖1：光驅變為石墨烯的“制造裝置”

UCLA開發的石墨烯電極材料的制造方法，以及采用該方法制造的柔性充電電池。在CD或DVD上貼上氧化石墨（GO）薄膜，將其放入CD/DVD的光驅，用紅外線激光照射后，GO可變成多層石墨烯（LSG）。
     GO被激光照射后，會被還原并剝離，變成多層石墨烯片重疊的“LSG（laser scribed graphene）”狀態，顏色也會由黃金色變成黑色。最后將附有石墨烯的薄膜基板從光盤上剝離下來，便可將其用于電容器或充電電池。UCLA用這種方法試制出了面積為1cm2，厚度僅為68μ～82μm的柔性電化學電容器（EC）。
     UCLA嘗試了多種材料作為這種薄型EC的電解液，包括（1）磷酸、（2）由磷酸與聚乙烯醇（PVA）樹脂混合而成的凝膠狀物質、（3）離子液體。據UCLA介紹，這些電解液均在保持電容器較高輸出功率密度的情況下，實現了與鋰離子充電電池相當的能量密度。
     尤其是電解液采用離子液體的EC，單位體積的最大能量密度約為1.36kWh/L，單位體積的最大輸出功率密度約為20kW/L，這樣的性能分別與薄型鋰離子充電電池的能量密度以及鋁電解電容器的輸出功率密度相當。