石墨烯超級電容器等技術,近日取得兩項重大進展

目前立塬公司的有機質超級電容是最好的,比能量為8,而石墨烯超級電容器的比能量提高了十倍。那麼,微型渦輪發電機加石墨烯超級電容器的組合,用於增程式電動車輛,已經可行了。只是不知道石墨烯超級電容器價格多少。

石墨烯超級電容器等技術,近日取得兩項重大進展
石墨烯超級電容器等技術,近日取得兩項重大進展
石墨烯材料
石墨烯超級電容器等技術,近日取得兩項重大進展
2013年1月24日,中科院重慶綠色智能技術研究院的一名研究人員在展示單層石墨烯產品(右為單層石墨烯)的超強透光性。(新華網)

2014年01月06日 09:26來源:中國科學報
本報訊(記者彭科峰)近日,中科院電工所馬衍偉課題組通過金屬鎂熱還原二氧化碳氣體,成功製備出富含孔道結構、高性能的石墨烯電極材料。相關成果發表在《科學報告》雜誌上。
超級電容器作為新型儲能器件,具有功率密度高、充電時間短、使用壽命長等優點,但其能量密度一直受限於電極材料的性能。
此次研製的基於石墨烯的超級電容器,在水系和有機電解液中表現出優異的功率特性和循環壽命,在功率密度為1千瓦/千克(比功率)時,能量密度高達80瓦小時/千克(比能量),遠高於目前商業化的活性炭基超級電容器。結果表明,該石墨烯基超級電容器在高功率/高能量密度的動力儲能器件上具有廣闊的應用前景。
此外,通過控制熱還原反應溫度,研究人員首次實現了對不同結構碳納米材料的可控製備,其中包括管狀碳納米結構和中空碳納米盒子。該項工作對宏量可控製備碳納米材料具有重要意義。

中國商用石墨烯飛秒光纖激光器問世 系全球首台
2014年01月07日 12:01來源:中國航空報
日前,泰州巨納新能源有限公司研製的商用石墨烯飛秒光纖激光器(Fiphene)問世,這也是全球首台商用石墨烯飛秒光纖激光器。同時,該激光器還創造了脈衝寬度最短(105fs)和峰值功率最高(70kW)兩項石墨烯飛秒光纖激光器世界紀錄。
飛秒光纖激光器的應用領域非常廣闊,包括激光成像、全息光譜及超快光子學等科研應用,以及激光材料精細加工、激光醫療(如眼科手術)、激光雷達等領域。傳統的飛秒光纖激光器核心器件——半導體飽和吸收鏡(SESAM)採用半導體生長工藝製備,成本很高。
2014-01-07 23:24 發佈
電容的儲電方式是物理性電荷吸附
優點是充放電快、電能儲存效率高(一般電容的充電利用率在95%上下)
怕是電力只能“暫存”不能保留很久
如果這個超級電容做出來
也許能當做剎車的暫存電力
一次剎車的動能回存,有80%當做再加速的動力就已經很驚人了

五味雜陳的人參

jim567 wrote:
電容的儲電方式是物理...(恕刪)

J大,是呀。所以超級電容適合做混合動力,特別是增程式電動車的電能緩衝儲存單元。

我一向比較看好的是用燃氣微型渦輪發動機發電,然後通過超級電容單元過渡的車輛動力系統。這樣的動力系統簡單可靠,尺寸嬌小,幾乎沒有維修保養問題。而且雜訊震動問題比活塞發動機要小得太多。

地球国民 wrote:
J大,是呀。所以超級...(恕刪)


事實上燃料電池的其中一型"SOFC"(固態氧化物燃料電池)
不巧是我的研究所相關題目
因為它是在高溫的環境下產電
其可以使用複雜組成的天然氣、石油氣、甲烷、油精
能在高熱中讓燃料自行重組
而不需要使用難以處理的氫氣
就可以達到發電目的

加上高熱回收的能量,國外早就做出高達75%發電效率
且運行數萬小時的燃料電池
只是因為做成整量系統成本太高
且現有的應用都是小型發電站
要縮小成一台會動的車還有得等

要說為什麼不趕快商用化?
我只能說....商人......也是要賺錢的

你看到學校什麼吃氫氣跑出水的車(記者還誤報成吃水就會跑)
只是把燃料換掉而已(用氫燃料比較容易發電)

簡單講,能源產業是工業大國必爭之地
材料這一塊,台灣落後10到20年(不誇張)


未來的能源導向是:釷能源(高集中發電廠)、燃料電池(能源轉換)、鋰電(二次電池)、及太陽能風力潮汐能等並重,而空氣(壓縮空氣)動力也是很好的載體,只是注重這一塊的不多。
內燃機在石油燒完之前還會活得很好(因為有賣有錢賺),取而代之的"可能"是生質能即在生產穀物或植物時得到的副產品提煉成油精、烷類氣體等

拉拉雜雜提了一堆,現在台灣先把電動車產業玩起來再說XD
五味雜陳的人參
石墨烯技術繼續取得重大進展

消息面上,中科院金屬所官方網站日前發布消息顯示,石墨烯鋰硫電池研發取得重大突破,金路集團—中科院金屬所的合作項目石墨烯鋰硫電池實驗室樣品已經誕生,相信經過完善之後,很快將投入工廠化生產 。

另外,IBM近日也涉足石墨烯集成電路。該公司研究人員日前利用主流硅CMOS工藝製作了世界上首個多級石墨烯射頻接收器,進行了字母為「I-B-M」的文本信息收發測試。這款接收器是迄今為止最先進的全功能石墨烯集成電路,可使智能手機、平板電腦和可穿戴電子產品等電子設備以速度更高、能效更低、成本更低的方式傳遞數據信息。

單原子層納米金屬材料研製成功

據科技部網站報道,近日,清華大學李亞棟院士團隊在世界上首次成功製備出單原子層納米銠片,相關成果發表在國際權威學術期刊《自然-通訊》上。

自石墨烯發現以來,科學界對含離域大P鍵的單層材料的研究集中在具有層狀結構相關材料體系方面。由於金屬鍵無方向性而易於形成三維的緊密堆積結構,迄今為止具有離域電子特性的單原子層的金屬結構未見報道。清華大學李亞棟院士團隊利用弱配體聚乙烯?咯烷酮(PVP)穩定的甲醛還原金屬銠,成功製備出世界上第一例單原子層厚度的納米金屬銠片,球差電鏡和同步輻射研究均証實了這一新穎的單原子層金屬結構。理論研究發現,單原子層銠片中存在著一種新型的離域大化學鍵,有助於穩定其單層金屬結構。該項研究進展為進一步推動金屬納米與團簇、豐富發展重金屬元素的化學成鍵理論研究具有重要意義,為探索金屬原子單層結構與性能研究提供了重要啟示。
評論:

十九世紀屬於機械時代,建立於經典物理牛頓力學之上。
二十世紀屬於電子時代,建立於現代物理,量子力學和相對論之上。

二十一世紀屬於什麼時代?
若干年前,當IBM公司展示三個用原子精確搭建的IBM字母時,讓我驚呆了。
人類進入二十一世紀,進入了能夠精確操控單顆原子的時代。

摩爾定律的極限在哪裡?英特爾公司說,極限到7納米或5納米就結束了,由於晶體管太過接近,發熱及熱雜訊(電子干擾)無法克服,而不是製程技術的限制。
也就是說,目前的人類技術,在製程技術方面,已經可以搭建單顆原子了。

隨著單層原子石墨烯技術的不斷發展,單單電池技術性能就有了明顯的進步。顯而易見,人類又開始了跨越式的技術進步。那還剛剛開始。
完全可以設想,隨著單層原子銠金屬網片的出現,那麼還將會出現更多的單層金屬片及大量應用。我們的世界又將被大大地改變。

有意思的是,
在科學技術上,如何高效地操控單顆原子,使原子之間良性互動,使物的系統的效能最大化。完全等效于,
在科學文化上,如何高效地操控單個的人,使人類之間良性互動,使人的系統的效能最大化,即幸福感和幸運感的最大化,痛苦感的最小化(付出更少,收益更大)。也或者說,如何使幸福感除以痛苦感的費效比,性價比更高。
其中的關鍵的是,只要把單個的人,等效地看成一台擁有高度人工智慧(象人一樣的智能水平的)的機器人羅伯特就可以了。


IBM百年產品技術——將原子重排組成IBM字樣
中外科學家石墨烯研究又獲重大突破:海水淡化成本或約等於零。

3月14日,據科技日報報道,中國科學技術大學吳恆安教授和王奉超博士,與諾獎得主、英國曼徹斯特大學安德烈·海姆教授課題組合作,在石墨烯功能材料研究方面取得突破性進展,發現了氧化石墨烯薄膜具有精密快速篩選離子的性能。研究成果發表在近日出版的《科學》雜誌上。

水環境中的氧化石墨烯薄膜與水相互作用后,形成約0.9納米寬的毛細通道,允許直徑小於0.9納米的離子或分子快速通過,而直徑大於0.9納米的離子被完全阻隔。該篩選效應不僅對離子尺寸要求非常精準,而且比傳統的濃度擴散快上千倍。

專家稱,如果通過機械手段進一步壓縮薄膜中的毛細通道尺寸,將能高效率地過濾海水中的鹽分。這意味著製造一個在幾分鐘內即可將一杯海水淡化成飲用水的過濾裝置,已不再是科幻小說場景。


另據報道,中科大和復旦課題組在二維類石墨烯場效應晶體管研究中取得重要進展,成功製備出具有幾個納米厚度的二維黑磷場效應晶體管。研究成果日前在線發表在《自然·納米科技》雜誌上。二維黑磷場效應晶體管在納米電子器件應用方面具有極大的潛力。


石墨烯材料技術又獲得歷史性的重大進展

注:預計不久后,飛機外殼和汽車鋼板,包括所有物體的外殼,也包括機車塑料板,都將可以輕薄得多。


國際石墨烯研究徘徊經年的沉悶局面終於被打破了。中航工業航材院的一組年輕科研人員在國際石墨烯研究領域首創「烯合金」材料,這一具有里程碑意義的重大自主創新,不但發明了一類具有優異性能的新型高端合金材料,也使我國成為石墨烯這一材料科學前沿基礎和應用研究的領跑者。「烯合金」這一合金材料嶄新名詞從此載入世界材料科技發展的史冊。5月上旬,記者在航材院見證了烯合金的誕生。

石墨烯納米片是由sp2雜化碳原子組成的單原子層厚度的二維材料,其展現出一系列不同尋常的物理性能。2004年Novoselov等利用膠帶剝離法製備出石墨烯納米片樣品,並對其微觀組織結構和物理學性能進行了表徵。石墨烯是迄今為止實驗發現的最堅韌,導電和導熱最好的材料。石墨烯納米片因其特殊的二維結構,引起了物理、化學和材料學界研究者的極大興趣。為儘快使石墨烯達到工程應用狀態,歐盟在2012年啟動石墨烯旗艦技術項目,美國也大力投入,並且在石墨烯作為超強電容器等應用研究領域已取得了某些突破性進展。石墨烯是理想的複合材料納米填料。由於石墨烯具有高強度,如何利用其來提高複合材料的強度成為研究熱點。目前已有關於石墨烯納米片增強高分子聚合物和陶瓷材料的報道。航材院的年輕科研人員勇於標新立異,他們採用球磨和粉末冶金方法成功製備出石墨烯增強鋁基納米複合材料(命名為「鋁基烯合金」),在世界上首次發現石墨烯納米片在保持材料良好塑性的同時,顯著提高了其強度。他們利用OM,SEM和TEM對鋁基烯合金微觀組織結構進行表徵,並測試其拉伸性能。結果表明:石墨烯納米片均勻分佈在鋁合金基體中,與基體形成良好的結合界面,且石墨烯納米片與鋁合金基體未發生化學反應,並保留了原始的納米片結構;鋁基烯合金中石墨烯納米片含量為0.3%(質量分數,下同)時,鋁基烯合金的屈服強度和抗拉強度分別達到322MPa和455MPa,較未添加石墨烯納米片的合金分別提高58%和25%,且合金的伸長率沒有降低。

烯合金的研製成功,宣告一代新型具有特殊優異性能的系列材料橫空出世,填補了世界材料科學領域的空白,進而將這門學科推向全新的領域。目前,航材院的年輕科研人員正對石墨烯研究的更多未知領域進行進一步探索,對石墨烯納米片增強增韌行為的深入研究正在後繼工作中展開。(沈英甲)


物理機理

中航工業航材院的一組年輕科研人員在國際石墨烯研究領域首創「烯合金」材料,這一具有里程碑意義的重大自主創新,不但發明了一類具有優異性能的新型高端合金材料,也使我國成為石墨烯這一材料科學前沿基礎和應用研究的領跑者。近日記者採訪了中航工業董事長林左鳴,請他就這一重大科技成果做出評價,並對「烯合金」改性的微觀機理做探索性分析。

《中國航空報》:航材院燕紹九、楊程、洪起虎等科技人員近期在《材料工程》雜誌上發表了「石墨烯增強鋁基納米複合材料的研究」一文,您對納米材料技術十分關注,請從這個角度談談這項發明的價值和意義?

林左鳴:航材院發表的這篇論文,表明他們以石墨烯作為納米填充材料,對其他材料實現了成功改性,完成了一項在國際上領先的重要發明,具有十分重要和深遠的意義。這項發明意味著,我們可以用石墨烯作為填充材料對一系列金屬材料進行改性提高品質性能,製造出系列的「烯合金」材料。我個人認為,這在合金材料發展歷史上,無異於是一場劃時代的革命,尤其對航空工業的發展,將帶來巨大的影響。對此,我由衷地感到高興,也說明了多年來航空工業廣大科技人員努力在基礎和前沿科技領域里探索和耕耘,已經開始結出豐碩果實!為實現「中國發明,世界領先」的戰略目標邁出了堅實的步伐!

《中國航空報》:您對納米材料的微觀機理進行了大膽的猜想性探索,設立了若干假說。您能否對烯合金改性的微觀機理做進一步的探索性分析?

林左鳴:我對此仍然只能作猜想性的探索,科學的機理要以科學試驗的實證為準繩。石墨烯本身就屬於納米級材料,因此它本身就具有納米粒子所應有的表面活性狀態,容易與其他材料粒子結合。目前納米粒子最主要的應用是作為其他非納米材料改性時的填充材料,但很多材料的納米粒子制取和保存都相對困難,石墨烯目前成為人們比較便於大規模製取和保存的納米材料,因此,可以廣泛用於其他材料改性時的填充材料。由於石墨的韌性和強度及成為納米材料時的表面活性特點,當作為填充材料時,可能使石墨烯成為其他被填充材料(基礎材料)中晶粒之間的隱性焊接材料,在晶粒界面形成鏈橋效應。也就是說,基礎材料晶粒之間通過石墨烯表面活性作用,形成了晶粒界面呈現無縫隙連接的形態。當基礎材料中的晶粒界面形成無縫隙連接后,在外力作用時,其晶界滑移現象減少,抗應力能力增加,從而使得被填充的基礎材料的強度隨著抗應力能力的提高而增強。以上仍然僅僅是一種猜想式的假說,真正的機理最終還需要通過充分的科學試驗去印證。
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