據(jù)新華社電 18日，記者從中科院上海硅酸鹽所獲悉，該所科學(xué)家已研制出一種高性能超級(jí)電容器電極材料——氮摻雜有序介孔石墨烯。該材料具有極佳的電化學(xué)儲(chǔ)能特性，可用作電動(dòng)車的“超強(qiáng)電池”：充電只需7秒鐘，即可續(xù)航35公里。相關(guān)研究成果已于18日發(fā)表在世界頂級(jí)期刊《科學(xué)》上。
超級(jí)電容器，是介于傳統(tǒng)電容器和電池之間的一種電化學(xué)儲(chǔ)能裝置。由于具有功率密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、安全可靠等特點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于混合電動(dòng)汽車、大功率輸出設(shè)備等多個(gè)領(lǐng)域。如何讓超級(jí)電容器兼具高功率、高能量，長(zhǎng)期以來科學(xué)家并沒有找到理想材料。
為破解這一難題，中科院上海硅酸鹽所聯(lián)合北京大學(xué)、美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)展開持續(xù)攻關(guān)。黃富強(qiáng)研究團(tuán)隊(duì)最終發(fā)現(xiàn)，石墨烯是超級(jí)電容器電極的最佳選擇。
通過反復(fù)試驗(yàn)、設(shè)計(jì)、合成，黃富強(qiáng)研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，氮摻雜有序介孔石墨烯的性能表現(xiàn)最佳。不僅能實(shí)現(xiàn)高能量密度、高功率密度，而且還可以通過使用水基電解液，做到無(wú)毒、環(huán)保、價(jià)格低廉、安全可靠。
據(jù)介紹，該新型石墨烯超級(jí)電容器體積輕巧、不易燃也不易爆，可采用低成本制備，實(shí)現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)。因性能較鉛酸、鎳氫等電池有明顯的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，且在快速充放方面又遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于鋰電池，因此該“超級(jí)電池”可廣泛應(yīng)用于現(xiàn)有混合電動(dòng)汽車、大功率輸出設(shè)備的更新?lián)Q代。
石墨烯神奇在哪？
習(xí)近平訪英時(shí) 專門參觀石墨烯研究院
石墨烯被比喻為最接近科幻名作《三體》“二向箔”的神秘物質(zhì)，被預(yù)言是能改變21世紀(jì)的“神奇材料”。2010年，英國(guó)曼徹斯特大學(xué)教授安德烈·海姆與康斯坦丁·諾沃肖洛夫因發(fā)現(xiàn)石墨烯獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。而我國(guó)對(duì)于石墨烯的科研也處于世界領(lǐng)先地位。
據(jù)新華社報(bào)道，10月23日,國(guó)家主席習(xí)近平在訪英期間，曾去參觀英國(guó)曼徹斯特大學(xué)國(guó)家石墨烯研究院，聽取了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者諾沃肖洛夫教授介紹石墨烯研究情況,參觀了石墨烯產(chǎn)品展示和生產(chǎn)石墨烯的地下超凈實(shí)驗(yàn)室。
習(xí)近平指出,在當(dāng)前新一輪產(chǎn)業(yè)升級(jí)和科技革命大背景下,新材料產(chǎn)業(yè)必將成為未來高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基石和先導(dǎo),對(duì)全球經(jīng)濟(jì)、科技、環(huán)境等各個(gè)領(lǐng)域發(fā)展產(chǎn)生深刻影響。中國(guó)是石墨資源大國(guó),也是石墨烯研究和應(yīng)用開發(fā)最活躍的國(guó)家之一。中英在石墨烯研究領(lǐng)域完全可以實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合”。
目前，石墨烯產(chǎn)業(yè)已被納入國(guó)家戰(zhàn)略布局。《中國(guó)制造2025》選擇10大優(yōu)勢(shì)和戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)突破，在首個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域技術(shù)路線圖中，石墨烯材料成為前沿新材料的四大重點(diǎn)之一。“十三五”新能源汽車重點(diǎn)專項(xiàng)，也將石墨烯等新材料列為重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域。
獨(dú)一無(wú)二的特性：強(qiáng)度超過鉆石、導(dǎo)電性能極好
石墨烯，實(shí)際就是從石墨中剝離出來、由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體。鉛筆芯用的石墨就相當(dāng)于無(wú)數(shù)層石墨烯疊在一起。聽起來稀松平常的石墨烯，卻有諸多獨(dú)一無(wú)二的特性。通俗來說，目前自然界中，這東西最薄、最結(jié)實(shí)，導(dǎo)電性極好，在工業(yè)領(lǐng)域中幾乎無(wú)所不能。
石墨烯有多薄？厚度僅為普通紙張的十萬(wàn)分之一。它可以被無(wú)限拉伸，彎曲到很大角度不斷裂，可以抵抗很高的壓力，同時(shí)還有著非同尋常的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性。它的強(qiáng)度強(qiáng)過鉆石、“秒殺”鋼鐵，針插不進(jìn)、水潑不進(jìn)。
能不能量產(chǎn)？我國(guó)已實(shí)現(xiàn)較低成本量產(chǎn)
為了研究石墨烯，科學(xué)家們歷經(jīng)艱辛。當(dāng)初在實(shí)驗(yàn)室獲得的石墨烯片價(jià)值超過最珍貴的鉆石。100平方納米的石墨烯，就要幾千歐元，肉眼都看不見。
而經(jīng)過不斷探索，工業(yè)化生產(chǎn)石墨烯已經(jīng)成功。現(xiàn)在，江蘇常州已有一個(gè)國(guó)家級(jí)的石墨烯產(chǎn)業(yè)基地，聚集著50多家企業(yè)，這里的石墨烯技術(shù)具備國(guó)際一流水平。石墨烯成本價(jià)也因批量生產(chǎn)大大降了下來，目前一平方米石墨烯片價(jià)格在300元左右。
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