鋰電池最有潛力的新材料之一是什么材料、什么材料是鋰電池最有潛力的新材料之一的呢、
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-04-25 12:51
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石墨烯材料性能優(yōu)異、應(yīng)用廣泛，有廣闊的市場空間和持續(xù)的增長潛力。遠(yuǎn)期隨著制備成本的下降以及產(chǎn)品應(yīng)用的開發(fā)，石墨烯材料的滲透率和使用量有望迎來飛速提升。中信證券認(rèn)為，目前石墨烯業(yè)務(wù)在相關(guān)上市公司盈利中貢獻(xiàn)還不大，但積極涉足石墨烯產(chǎn)品的公司值得持續(xù)跟蹤關(guān)注。
性能優(yōu)異，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，是最有潛力的新材料之一。石墨烯材料具備優(yōu)異的導(dǎo)電性、出色的機(jī)械性能、極高的導(dǎo)熱性、超大比表面積、優(yōu)異的阻隔性能等，在鋰電池導(dǎo)電漿料、涂料涂層、導(dǎo)熱膜、柔性顯示以及傳感器方面都有應(yīng)用，目前下游各類產(chǎn)品的開發(fā)方興未艾，市場基數(shù)小，潛力巨大，中信證券預(yù)計(jì)到2020年石墨烯的市場規(guī)模將從目前的120億元達(dá)到230億元左右。
石墨烯泡沫，是以準(zhǔn)二維石墨烯作為基本組件，以無序堆砌為主要建構(gòu)方式鉸接而成的三維多孔材料，屬于碳海綿的一種典型形式；其孔洞類型主要包含宏觀結(jié)構(gòu)孔和微觀缺陷孔兩種，尺度上可以小到納米級，大至毫米級。由于兼?zhèn)淞耸┡c多孔材料的優(yōu)點(diǎn)，石墨烯泡沫受到了國內(nèi)外科技界越來越多的關(guān)注。但就已有的大量實(shí)驗(yàn)研究來看，該泡沫優(yōu)異性能背后的物理機(jī)制尚不清楚，準(zhǔn)二維石墨烯重組為三維網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)力傳遞特性也缺乏理解，石墨烯泡沫受外載時(shí)的介觀動(dòng)力學(xué)演化過程更是無法原位再現(xiàn)。在這樣的背景下，近三年來，一些微納米尺度的理論研究也漸次展開。
由于泡沫材料本身的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性限制了理論研究手段的施展，已有的計(jì)算模型皆由完美的石墨烯堆砌而成，而實(shí)際石墨烯泡沫是由含有本征缺陷或孔洞的真實(shí)石墨片通過化學(xué)或物理鉸鏈固結(jié)而成的層級多孔結(jié)構(gòu)，這就造成了理論與實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)重脫節(jié)。
研究人員借助孔片網(wǎng)絡(luò)，不僅對各種工況下的單軸超壓縮與回復(fù)行為做了系統(tǒng)的預(yù)測，還用相關(guān)文獻(xiàn)資料中的力學(xué)測試數(shù)據(jù)做了輔助檢驗(yàn)；在此基礎(chǔ)上，他們用動(dòng)態(tài)分析的方式揭示了局部微結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)演化過程，并結(jié)合Virial應(yīng)力云圖從連續(xù)統(tǒng)的角度深入分析了這種擬真實(shí)體系的應(yīng)力傳遞細(xì)節(jié)（動(dòng)畫可從官網(wǎng)直接下載）。另外，研究人員還進(jìn)一步構(gòu)建了一種新型的石墨環(huán)泡沫，并與完美石墨烯泡沫和擬真實(shí)多孔泡沫進(jìn)行了系統(tǒng)的比較分析，發(fā)現(xiàn)這種全新的線團(tuán)結(jié)構(gòu)和完美的泡沫骨架在超彈性性能，特別是回復(fù)行為上皆不如擬真實(shí)的泡沫體系，這從理論上告訴實(shí)驗(yàn)工作者，無須擔(dān)憂石墨烯泡沫中石墨烯的本征孔洞，而應(yīng)將工作重點(diǎn)放在調(diào)控該泡沫的孔片比以及孔的形態(tài)或數(shù)目等方面（在材料學(xué)上實(shí)現(xiàn)“變廢為寶”）。值得指出的是，該研究也發(fā)現(xiàn)了泡沫內(nèi)部有趣的介觀互鎖現(xiàn)象，并據(jù)此對塑性變形和殘余變形從微結(jié)構(gòu)演化機(jī)制上做了細(xì)致的區(qū)分，豐富了連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的內(nèi)涵；同時(shí)，還發(fā)現(xiàn)粗粒鍵平均長度隨外載的變化曲線存在反常的轉(zhuǎn)變點(diǎn)，該轉(zhuǎn)變點(diǎn)大約在壓縮應(yīng)變的70%~80%之間，這從介觀尺度上對超壓縮這一抽象概念做了科學(xué)上的定量界定。
