新型石墨烯电池的研究突破？

来源：http://article.yeeyan.org/view/178726/309837

香港理工大学（Hong Kong Polytechnic University）研究人员声称已发明一种仅依靠周围热量运行的新型石墨烯电池。据说，该装置能捕捉溶液中的离子热能并将其转换成电。该成果正在进行同行审查中，而一旦通过，它将广泛应用于一系列应用产品中，包括人造器官体温供电，新能源发电以及电子设备供电。

在常温常压下，水溶液中离子以每秒几百米的速度运动。因此，这些离子热能可达到几千焦耳/千克.度。而到现在为止，如何挖掘这些能量并使之应用于发电的研究还少之又少。 　　

许子寒（Zihan Xu）及其同事通过在一条石墨烯上附着金、银电极制成了电池。在实验中，研究人员展示了氯化铜离子溶液中串联连接的六个装置产生了超过2伏特的电压。该电压足以驱动一个商业红色发光二极管。 　　

该技术绝不同于传统锂离子电池，例如说，许（Zihan Xu）解释道，它把化学能转换成电。“我们的装置亦可连续输出，它只需获取周围氯化铜离子能量便能工作，而理论上来说氯化铜离子能量是无限的”，他对纳米科技网（nanotechweb.org）说。“理论上，在装置损毁前其输出功率将永久持续。”至今尚未出现过类似电池，他强调道。　　

据研究人员所说，该电池工作原理更像太阳能电池。铜离子（Cu2+）通过不断与石墨烯带撞击形成电池。这种碰撞能量足以使一个电子从石墨烯上转移。于是，这个电子或者与铜离子结合，或者通过石墨烯带进入电路。 　　

由于电子在石墨烯中高速运动（事实上它们的行为类似无静止质量的相对论性粒子），它们在碳质材料中运动速度显然比在离子溶液中快多了。因此，被释放的离子自然更倾向于穿过石墨烯电路而不是溶液。这就是装置产生电压的原理，许（Zihan Xu）解释道。 　　

据了解，徐子寒创立的深圳六碳石墨烯科技有限公司，主要从事cvd法制备大尺寸单层石墨烯技术的开发。目前已经完成30英寸大面积单层石墨烯量产工艺的开发，正在开发50英寸石墨烯工艺。

增加输出电压

与此同时，研究人员发现可通过加热离子溶液，及超声波加速铜离子来提高装置产生的电压。此二种方法皆为有效，是因为它们均增加了离子动能。除此之外，也可通过增加氯化铜溶液中铜离子浓度来增加电压，是因为石墨烯上铜离子密度也相应增加了。此外，其它阳离子溶液也可以加以利用，例如钠离子（(Na+), 钾离子（K+）, 钴离子(Co2+) 和 镍离子(Ni2+)，尽管它们输出较低的电压。

石墨烯独特的原子层特性对该电池至关重要，研究人员说道，他们也尝试用石墨和碳纳米管薄膜进行试验。他们发现这些材料只能产生被认为是噪音的微伏左右的低电压。

同样研究石墨烯超级电容器的俄亥俄州代顿市纳米科技仪器（Nanotek Instruments in Dayton, Ohio）的张博（Bor Jang）说道，这个概念看起来“很有意思”，但尚需大量研究工作来评估该技术能否在实际应用中按每千克提供充足的能量密度（Wh/kg）或功量密度（kW/kg）。

在这方面，该香港团队计划继续提高石墨烯装置的功率输出，并进一步研究它的工作原理。

该成果在arvix预印本上有详细介绍。

关于作者:贝莉.杜梅（Belle Dume）为纳米科技网的特约编辑。