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纳米碳材料在电化学方面的应用


来源:中国粉体网   橙子

[导读]  碳材料具有结构多样、表面状态丰富、可调控性强、化学稳定性好等优点,同时具有优异的电输运特性和高活性表面, 因而一直是电化学储能材料的理想选择。

中国粉体网讯  电子、交通等领域的高速发展,对具有高能量/功率密度、长寿命、安全、廉价以及环境友好等特性的电化学储能器件提出了愈加迫切的需求。研究开发高性能、低成本的电极材料是电化学储能器件研发工作的核心。


碳材料具有结构多样、表面状态丰富、可调控性强、化学稳定性好等优点,同时具有优异的电输运特性和高活性表面, 因而一直是电化学储能材料的理想选择。 


近年来,纳米碳材料快速发展,其独特的结构和优异的性能为其在电化学储能领域的应用提供了新的机遇。特别是以碳纳米管和石墨烯为代表的新型碳纳米材料, 具有优异的导电性、 高比表面积和可构建三维网络结构等特点, 在电化学储能领域表现出巨大的应用潜力,近年来得到了快速发展。


1.在锂离子电池中的应用


锂离子电池是目前综合性能最为优良的二次电池,碳纳米管和石墨烯等碳材料在锂离子电池中常作为负极材料、导电剂或复合电极材料中使用。特别是在导电剂中,碳纳米管已逐渐开始取代碳黑,成为锂离子电池的新一代导电剂。

 

碳纳米管作为导电剂


 

石墨烯基复合结构示意图




2.在超级电容器中的应用


在超级电容器中,碳材料是最早应用、也是目前研究最为广泛的电极材料。研究发现,石墨烯作为一种二维碳材料,具有很高的比表面积和电导率,化学法制备的石墨烯还具有丰富的表面官能团,是非常理想的超级电容器电极材料;碳纳米管具有均一的孔径分布、高比表面积、高电导性和高电化学稳定性,作为超级电容器的电极材料具有较大的潜力和应用前景。


3. 在电催化领域中的应用


除各类电化学储能器件外,各种碳纳米材料在电化学催化领域也发挥着不可或缺的作用。近年来,碳材料正由传统的高导电性催化剂载体逐渐转变为兼具催化活性的催化材料:石墨烯具有优异的导电性、巨大的比表面积、良好的热和化学稳定性等,是碳基氧还原电催化剂的理想选择。


不管是零维富勒烯、一维碳纳米管、还是二维的石墨烯及多种碳基复合材料的合成,碳纳米材料吸引着世界的目光。在电化学领域,拥有独特结构和优异性能的碳纳米材料,无论是作为催化剂还是储能材料,都有着广阔的应用前景。


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