NEC锂电池石墨烯氧化物-锂离子电池：能源储存技术新时代的开启

因为全球动力消耗的添加，从可仿制动力（包含地热能、水能、风能和太阳能）中提取的能量也在添加。这些动力来历不稳定且受限，无法有效贮存或供应。因此，创立多种可靠的储能方法以及释放技能至关重要，包含太阳能电池、锂离子电池（LIBs）、氢燃料电池和超级电容器。与传统储能技能相比，锂离子电池因其高能量密度、高倍率功能和强壮的循环才能而引起了极大的爱好[1]。锂离子电池的长处包含高电压、高能量和功率密度、长循环寿命、维护需求少、自放电低、简便和环保性强[2]。但是，标准锂离子电池的功能无法跟上电动汽车日益增加的需求；因此，迫切需要开发新一代电极资料[3]。燃烧性电解液、电容电流弱和锂离子电池比容量低是缺点。开发一种具有特定能量、功率、电气密度和非常短充电时间的技能，一起保持这些值在高速充放电速率下的升高是必要的[4]。

在曩昔的几十年里，因为日益严重的环境问题以及化石燃料的不可避免的枯竭，人们现已做了大量的工作来开发绿色可再生动力（RESs）。现在正在对触及电化学能量存储的各种运用进行研讨，包含电源、电容（贮存电能）和燃料电池，这些运用采用了具有优异功能和广泛结构改变的氧化石墨烯（GO）、其衍生物和复合资料[5]。因为其杰出的物理化学特性，如大比表面积、坚韧的机械强度、高热导率、特别的光学透射率和电子传输才能，石墨烯由sp²杂化的碳组成的二维蜂窝结构，对电化学领域有着明显的影响。石墨通过氧化处理形成GO，然后在水或其他合适的有机溶剂中涣散和剥离。但是，干燥后的团聚形式的GO也能够运用或贮存[6]。

锂离子电池中最重要的组成部分，有助于操控能量的存储和释放的是电极，尤其是负极资料。因为石墨烯具有超卓的导电性、较大的比表面积和足够的理论容量，因此被认为是一种或许的锂离子电池负极资料[7]。在关于石墨烯及相关资料的高功能锂离子电池电极制造的当时发展陈述中，Kumar等人发现向石墨烯中添加金属氧化物或二氧化硫能够进步其正极和负极功能[8]。本总述供给了现在正在开发的不同的GO-LiB技能的完整概述。还强调了促进进一步研讨和扩大GO在储能技能中的运用（特别是在锂离子电池技能中）的约束和潜在成果。此外，还讨论了合成过程、GO-LiB在能量贮存中的优势以及对环境的影响。

1 布景故事

为了进步运用经济高效电力体系的新动力消费才能，近年来储能体系（ESS）得到了明显发展，因为它利用可再生动力来满足节能需求并削减排放[9]。最受欢迎的ESS技能无疑是可充电电池，例如锂离子电池（LiBs），它们被用作永久性ESS来完成更美好的明天[10]。可充电锂离子电池，作为电动汽车的首选电池类型，现已改造了便携式电子职业。一个锂离子电池由锂钴氧化物（LiCoO2）阴极和石墨（C6）阳极组成，通过在非水性液体电解质中的LiPF6浸透的可渗透隔膜分离，电解质为碳酸乙烯酯合金，至少包含一种线性碳酸酯，包含以下物质：二乙基碳酸酯（DEC）、甲基乙基碳酸酯、二甲基碳酸酯（DMC）以及其他添加剂。充电时，Li离子从LiCoO2晶格结构移动到阳极侧，形成锂化石墨（LiC6）。放电时，这些带电粒子循环回到CoO2支撑结构，一起电子在电路外释放[11]。图1显现了锂离子电池的示意图。

锂离子电池的示意图

研讨人员现已查询了利用光学存储和分配网络、风能-太阳能混合发电体系、风能储能接入电力体系和ESSs的可再生动力整合[2, 12-23]。国际可再生动力组织预测，到2030年，全球储能容量将增加42-68%。到2025年，印度的中国储能安装量将快速增加，澳大利亚和日本的百分比最高[24]。风能和太阳能等可再生动力将逐步替代化石燃料，并稳步进步其在全球动力消费中的份额[25-29]。最近关于锂离子电池的研讨主要集中在（i）运用先进的电极资料和电解液溶液来进步比能量；（ii）在锂离子电池中运用纳米结构资料和石墨，以供给更长的循环寿命、更快的充放电才能和更高的速率功能[30]。

电极资料在锂离子电池研讨中受到了广泛关注。更高速率、更大容量和恰当高电压的电极能够进步锂离子电池的功率和能量密度，并降低其尺度和本钱。未来可预见的时间内，硅基化学品、碳基化合物、转换型过渡金属物质和合金资料等很多高功能负极资料正在被研讨作为新的锂离子电池资料[31, 32]。因为其优胜的功能，包含广泛可用性、超卓的导电性、抱负的锂离子嵌入层次结构和低本钱，碳在工业化的锂离子电池负极中被广泛运用[31]。向石墨中参加锂首次发生在1955年，而且可逆地整合到石墨中的LiC6被发现[33]。科学家们确定石墨适用于用作嵌入式负极[34]。图2显现了锂电池演化的示意图。

锂离子电池演化的示意图