英国研究表明石墨烯电池与超级电容器结合 将促电动汽车发展

电子工程专辑 综合报道

英国曼彻斯特大学(University of Manchester)国家石墨烯研究所(National Graphene Institute)的研究人员们利用石墨烯作为添加材料,致力于探索得以减少电池尺寸与重量以及扩展电池寿命的各种新方法。

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在一篇题为《以石墨烯材料实现电化学储能》(Electrochemical Energy Storage with Graphene-Enabled Materials)的研究计划中,研究人员们正与多家企业展开合作,其中包括劳斯莱斯(Rolls-Royce)、夏普(Sharp)和摩根先进材料(Morgan Advanced Materials)等。这些企业合作伙伴在石墨烯的未来应用发展中扮演关键地位。目前,Graphene@Manchester正与来自全球30多家企业共同展开研究计划与应用。

曼彻斯特大学电子与电子工程学系教授Andrew Forsyth解释,在我们开发电池之前,我们必须先目了解石墨烯如何与化学成份(特别是电解质)起作用。该校化学系教授Robert Dryfe则以实验分析石墨烯与锂离子之间的化学相互作用。Dryfe教授并探索电子究竟能多快速穿过石墨烯以及可储存在石墨烯表面的电容大小。

该计划的另一项重点是基于石墨烯的超级电容器通常具有高功率性能以及比电池更长的寿命,但储存容量却较低。不过,研究人员仍看好以电池作为补强该整合储存方案的一部份。

根据Forsyth教授表示,石墨烯电池与超级电容器的结合,可为电动车的销售带来强大的推动力。目前,这些环保汽车使用重量高达200公斤的电池,差不多是三位乘客的重量了。透过减轻电池的重量,石墨烯将有利于提高汽车的能效,以及增加电动汽车的续航力达到超过目前约100公里的限制。

Forsyth教授强调,如果我们能够延长电动车在两次充电站之间的续航力,应该马上就能让电动车变得大受欢迎。但电池如何能突破实际生活中的驾驶限制?电动车就像其他所有的汽车一样仍无法顺畅地驱动。如同驾驶人在加速时一样,对于电力急剧需求的高峰,将会为电池带来压力,而且还可能会限制其使用寿命。

为了测试结合石墨烯电池和超级电容器的原型是否能够胜任这项工作要求,Forsyth教授透过模拟不同驾驶情况使其暴露于现实世界压力下。他表示,我们甚至可测试驾驶于极端气候情况的驾驶技术。许多电池在严寒天气条件下难以发挥作用,经由我们的气候室可发现任何弱点。

当然,基于石墨烯的储存并不限于传输。随着英国变得更加依赖于可再生能源,它还将在国家电网的未来发挥重要作用。Forsyth教授质疑道,如果我们只依赖太阳能和风能来产生能量的话,有一天当乌云密布以及微风时又该怎么呢?如果我们能够开发出高容量储能机制,业者将能够先行蓄电以备不时之需。

在曼彻斯特大学校园中已经安装了电网级电池以及转换系统,用于测试大规模的蓄电。研究人员们将利用电池系统来开发可控制电流流动的方法,并调整发电量和当地需求之间的差异。

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