石墨烯實現高容量儲能？
2014-06-04 21:09:03 本站原創英國曼徹斯特大學(University of Manchester)國家石墨烯研究所(National Graphene Institute)的研究人員們利用石墨烯作為添加材料，致力于探索得以減少電池尺寸與重量以及擴展電池壽命的各種新方法。
在一篇題為《以石墨烯材料實現電化學儲能》(Electrochemical Energy Storage with Graphene-Enabled Materials)的研究計劃中，研究人員們正與多家企業展開合作，其中包括勞斯萊斯(Rolls-Royce)、夏普(Sharp)和摩根先進材料 (Morgan Advanced Materials)等。這些企業合作夥伴在石墨烯的未來應用發展中扮演關鍵地位。目前，Graphene@Manchester正與來自全球30多家企業共同展開研究計劃與應用。
曼徹斯特大學電子與電子工程學系教授Andrew Forsyth解釋，在我們開發電池之前，我們必須先目瞭解石墨烯如何與化學成份(特別是電解質)起作用。該校化學系教授Robert Dryfe則以實驗分析石墨烯與鋰離子之間的化學相互作用。Dryfe教授并探索電子究竟能多快速穿過石墨烯以及可儲存在石墨烯表面的電容大小。
該計劃的另一項重點是基于石墨烯的超級電容器通常具有高功率性能以及比電池更長的壽命，但儲存容量卻較低。不過，研究人員仍看好以電池作為補強該整合儲存方案的一部份。
根據Forsyth教授表示，石墨烯電池與超級電容器的結合，可為電動車的銷售帶來強大的推動力。目前，這些環保汽車使用重量高達200公斤的電池，差不多是三位乘客的重量了。透過減輕電池的重量，石墨烯將有利于提高汽車的能效，以及增加電動汽車的續航力達到超過目前約100公里的限制。
Forsyth 教授強調，如果我們能夠延長電動車在兩次充電站之間的續航力，應該馬上就能讓電動車變得大受歡迎。但電池如何能突破實際生活中的駕駛限制?電動車就像其他所有的汽車一樣仍無法順暢地驅動。如同駕駛人在加速時一樣，對于電力急劇需求的高峰，將會為電池帶來壓力，而且還可能會限制其使用壽命。
為了測試結合石墨烯電池和超級電容器的原型是否能夠勝任這項工作要求，Forsyth教授透過模擬不同駕駛情況使其暴露于現實世界壓力下。他表示，我們甚至可測試駕駛于極端氣候情況的駕駛技術。許多電池在嚴寒天氣條件下難以發揮作用，經由我們的氣候室可發現任何弱點。
當然，基于石墨烯的儲存并不限于傳輸。隨著英國變得更加依賴于可再生能源，它還將在國家電網的未來發揮重要作用。Forsyth教授質疑道，如果我們只依賴太陽能和風能來產生能量的話，有一天當烏云密布以及微風時又該怎么呢?如果我們能夠開發出高容量儲能機制，業者將能夠先行蓄電以備不時之需。
在曼徹斯特大學校園中已經安裝了電網級電池以及轉換系統，用于測試大規模的蓄電。研究人員們將利用電池系統來開發可控制電流流動的方法，并調整發電量和當地需求之間的差異。
