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硅电容器层数

发布时间:2014-11-05
硅电容器层数图片

本篇报告重点关注9月2日-3日各分会场的最新演讲。涉及的领域有石墨烯在柔性电子领域、新能源锂离子电池和锂硫电池领域、太阳能电池、超级电容器、人工肌肉和大功率LED封装领域的应用。我们认为,未来在上述领域中,石墨烯有望率先实现商业化应用。

2014年中国国际石墨烯创新大会重点推进多个领域的应用。包括石墨烯柔性电子、石墨烯新能源电池、石墨烯太阳能电池、石墨烯超级电容器、石墨烯增强碳纤维复合材料、石墨烯改性合金材料、石墨烯透明导电膜和石墨烯改性塑料。重点关注研发石墨烯规模化制备技术、石墨烯应用技术开发、实施标准化技术行动计划和推进石墨烯创新平台建设。

?此次会议主要有三个大的成果:1上下游产业链对接,产业化对接,研发和商业结合。针对石墨烯在不同领域的研究进展设置展会;2联盟发起石墨烯产业投融资联盟,常务理事单位分管不同的业务。建立起资本平台。从技术方面说,技术才是决定产业未来的战略发展方向。需要尽快建立起石墨产业的投融资产业平台。石墨烯从战略上分析,肯定没有问题,技术上面行得通,基本战略就没有问题,但是企业可能会出现较大分化。联盟的目的就是让投资者规避不合理的风险敞口,解决投资者的风险问题。企业必须产生效益,投资才算成功。3中国在欧洲做了石墨烯特展,中国的产业化相对较为前列。目前产业化角度来讲,也就几十家,有规模化量产产线的企业也就十来家。

以下为嘉宾发言。

9月2号分会场D1:

1、石墨烯在锂离子电池中的应用:

SuperCcompany前身是天奈科技,2006年成立,2011年成立了第一个实验室。2012支撑第一个FLG涂料墨水生产线(600千克每小时,2013年达到700千克每小时),后加上石墨烯生产线。单层或少层石墨烯的物理性质,导电率类似银和SWNT(singlewallnanotube单壁纳米管),热导率好于钻石,机械强度和电子迁移率类似SWNT,表面积2630平米每克。

单层或少层石墨烯的物理性质,导电率类似银和SWNT(singlewallnanotube单壁纳米管),热导率好于钻石,机械强度和电子迁移率类似SWNT,表面积2630平米每克。SWNT,DWNT(双层纳米管),FWNT(少层纳米管),MWNT(多层纳米管)将会是未来应用的重点。目前美国和中国的工厂都有生产Asbury,CabotScience,VorbeckMaterial,SuperC鸿纳,KNano凯纳SixthElement第六元素,Morshtechnology墨西科技,厚度基本上都在10nm之内,少数厂商能够做到2.5nm以内。

锂电池工作原理,负极材料碳化锂,正极材料钴酸锂,作为电池材料的导电材料,FLG(少层石墨烯)可以显著的减小电池载荷,增加电极粘合度,同时增加电池的压实密度,同时体积不会出现变化。FLG还可用作中间涂层的导电材料,减少涂层的厚度,同时增强电极的粘合性和稳定性。

石墨烯在锂离子电池中的三种主要应用:1正极和负极中的导电填料,2金属电流收集器上的涂层(或中间层)的导电填料,3高容量的正极材料。石墨烯表面涂层可以显著增强充电倍率,透光性大幅增加,粘合负载大幅降低。不同导电材料对电极压实密度的影响,FLG可以大幅增加电池的能量密度。

未来的应用有望制成硅-石墨烯复合正极(ANL)。作为导电材料以及电极的FLG可以显著增强氧化物粒子和电流收集块之间的电接触,增加能量密度和粉末密度、充放电循环次数、稳定性和安全性。

石墨烯在锂离子电池中的基础应用

碳材料和电化学储能联系起来,固相和气相沉积制备石墨烯材料,氧化石墨烯在界面的自组装,开始制备石墨烯,通过添加石墨烯,可以显著提升锂离子电池的能量密度。通过调控碳包覆的过程,改变离子和电子的迁移过程。

钛酸锂有较为严重的产气现象。产生二氧化碳和氢气,将其表面包覆碳,阻止其与电解液接触。充放电过程中,金属氧化物会产生严重的体积膨胀。通过涂石墨烯纳米层可以有效抑制其体积膨胀。

锂硫电池中碳材料的应用。锂硫电池能量密度高,但硫不导电,容易形成聚硫化合物,容量衰减块,体积变化大,石墨烯组成隔膜层会有效阻止多硫化物迁移。

主要关注重点:高效低成本地制备石墨烯电极。氧化石墨烯相比石墨烯有较大的化学活性和表面官能团,将来也有望成为碳基材料。一种方法是将硫化氢通入到氧化石墨中,氧化石墨被有效还原,硫将会还原沉积在石墨烯上面。有望成为高性能锂硫电池材料。

石墨烯膜状材料具备很好的吸附性能。全碳氧还原的催化剂,有效控制微观结构,优化离子和电子的传输。

中国科学技术大学-电化学储能领域SP2杂化的碳材料在其应用

能量密度功率密度,循环性和稳定性以及成本。碳材料都可以很好的满足上述要求。电子和离子是能量储层的载体。

1如何用SP2杂化改善锂离子电池性能,使得3维网络结构有效储能。

2改善表面性质,化学稳定性好。

经过SP2杂化的复合碳材料可有效将电极面积提升3倍,提升充电倍率。提升电极的能量密度和功率密度。也可以有效提升硅电极的能量密度。

石墨烯可以提升电容的电容值,电解液界面的双电层,电子基本上集中在双极和电解液之间。通过调节石墨烯层数的变化来调整电极的比表面积,氧化石墨可以用作磷酸铁锂的表面活性剂。

分会场C7,石墨烯电极在高性能有机太阳能电池和超级电容器中的应用

无机材料,通常僵硬、沉重,有机材料相对轻量化、低成本和大面积应用。用作太阳能

电池,首先要透明、导电。同时要具备能量一致性。这个对硅片进行额外的加工。

石墨烯透明、导电性好,可制成石墨烯透明电极。石墨烯不仅用于太阳能,同时还用于

其他光电装置,增强装置的环境适应性。

石墨烯用于超级电容器,增强电容容量,增强离子导电性,这方面比传统的活性炭有较大的优势。超级电容器可以提供快速的能量供给,同时循环充电次数比其他的电池要多,但是储能量只有普通电池的十分之一,这是目前限制其应用的主要原因之一。为提升密度,可采用比表面积更大的电极材料,如石墨烯和碳纳米管等,可容纳更多的载荷离子。

锂电池和超级电容之间的区别。不同的机制和用途,不一定会替代,完全可以有新的应用领域,超级电容可用作快速充放电的领域。

2、9月3日,中科院金属研究所-石墨烯在柔性电子领域的应用

做柔性储能器件,面密度要大,可以储存更多的能量。高容量、快充性能要好。目前重点工作做了碳纳米管薄膜和石墨烯柔性薄膜。

石墨烯优点柔性,容易形成官能团。可以搭载活性物质,容易导电和作为载体。需要做成柔性的集流体。碳管和石墨烯具备好导电性、机械性能(但是相比铝箔和铜箔要差),且具备高表面积和活性。目前两个代表性工作:1电容器2电池。

采用石墨烯沉积在滤纸表面直接做成电容材料,容量较大,循环性能也较好。用作弹性超级电容器的石墨和赛璐珞,电容120F/g,采用石墨烯泡沫填充正极和负极,填充磷酸铁锂正极和钛酸锂负极。钛酸锂的单晶结构有助于快速充放电。石墨烯电容具备非常好具备快速充放电性能,500次循环之后,衰减4%。正极材料160mah/g,负极材料168mah/g.正负极具备较好的匹配效应。Li-S能量密度可以达到2000mh/kg,柔性电池非常有利于便携电子产品。

石墨烯做电池并不仅仅作为导电极,同时还有引出电流的作用。锂离子基于插层法,锂硫电池基于电化学反应。现在主要使用碳硫复合材料,一方面是抑制多硫化物的形成,另外确保安全,锂硫电池没有完全的解决方案。

3、中科院纳米仿生研究所-石墨烯在促动器(actuator)方面的应用

功能化石墨烯用作柔性传感器、促动器(actuator)和超级电容方面的作用。主要用作人工关节和肌肉。主要利用石墨烯的量子力学效应。在电场和高电荷注入下,可以产生较大的机械应变以及机械运动。利用石墨烯和碳纳米管用作电化学柔性促动器,通过具备不同连接结构的碳管可以模仿类似的肌肉运动。未来有望用作可植入医疗器件(例如医疗收入导管)。

具备堆叠结构的二维石墨烯薄膜,具备取向的多层纳米边缘结构,可以通过分子和原子等微观作用调节多层结构的间距。用包裹结构的二维石墨烯用作高性电化学驱动器电化学器件可以提供轻便、柔性、导电和低应变阻力的电极。在不同的电压和交变频率下面,柔性屏具备不同位移的应变。

总结:具备良好的电机械转换性能,具备进一步优化的空间。有望用作仿生飞行、人机互动、人工关节、肌肉和医疗置入器件。轻、高频,灵活、人机互动。人工肌肉是一个复杂的系统,感知和控制等功能。

4、石墨烯导电油墨领域的发展

石墨烯及碳纳米材料,一个研发中心,一个生产基地,青岛还有石墨烯应用基地。功能性涂层、水处理系统。

预计到2017年石墨烯需求可能超过900吨。石墨烯在复合材料方面的应用将是石墨烯最大市场。导电油墨的市场呈现增长的趋势。石墨烯在电子封装材料领域在2018年有望达到20%

石墨烯油墨在电子芯片领域的应用。石墨烯填料可以将银的成分降低5-10%,有效降低成本。同时确保性能。可用作RFID天线。

5、清华化学工程系-锂硫电池的三维石墨烯材料:

碳纳米管和石墨烯之间的区别和联系。锂电电池的众多优点:超高能量密度,充电倍率可大幅增加,但是硫是绝缘体,同时充放电过程中体积变化较大,同时衰减效应比较明显。锂硫电池四个部分,阳极隔膜阴极电流收集器。

但是碳纳米管的分散性较差,目前主要集中在制备具备自分散能力的石墨烯。

石墨烯和单壁碳纳米管复合物质有望解决分散性。制成高导电性的稳定结构。然后组装成碳纳米管弹性电极。锂硫电池系统,首先要制作亲水层,然后制造离子选择膜。

制造自分散能力的3D石墨烯系统,将碳纳米管和石墨烯复合材料组装至锂硫电池系统,可以大幅提升锂硫电池的充电倍率和储能能力。

6、石墨烯在大功率LED封装散热领域中的应用:

固态照明(第四代照明):光电转化效率非正常高,全球250亿美元的市场。1芯片发明1mm2正光芯片图形衬底技术;2高功率LED封装;3灯具设计智能照明(远程控制,发挥LED优势的灯具开发);LED灯的质量(寿命)评判,目前行业缺少标准。

石墨烯对LED封装领域的作用:光学角度:驱光结构;机械角度:保护;电力角度:电力支持。通过改进封装来改进质量,降低成本。

技术挑战:降低整体热阻;降低界面热阻。研究表明温度升高(40到50度)寿命降低(50000-10000小时)。

目前要解决的问题:1光照均匀性;2高电源转换效率,智能控制;3在产品制造中考虑产品可靠性,怎样快速的评判LED质量。

目前的新技术:1单色调(蓝)LED+荧光粉变成白光发光;2模块化技术,集成,多合一的模块;3产量包工材料的提升,基板的提升,导线从金变成铜,粘合技术。

散热的必要性:60%-70%转化成热;小芯片的高功率LED,大热量导致内应力存在在芯片中导致芯片不稳定光从LED单元的上走,热量向下传导多热阻存在于三层的Chip+TIM(热界面材料)+陶瓷衬底。提高功率,降低热阻,降低发光损耗。TIM1:导热胶(0.5-2W/m.k),低热导率,导热银胶(80%掺杂银)好的热导率;TIM2:导热硅脂导热硅脂掺杂CNT降低10%热阻,提高照明表现。纳米银胶(纳米银颗粒分散在胶中)耐高温。

TIM所需的性质:高热导率,各元件材料的热膨胀系数要相近(保持原件整体稳定)。

散热基板:陶瓷,聚合物,金属,复合材料。

复合材料MCPCB(主流产品):三层结构第一层镀铜1-3mm,中间是有机绝缘层,底层金属板。直接黏合铜高热导率;直接电镀铜:(10-100mm)完全半导体工艺,低温电镀,低成本;直接涂镀硅(140W/m.k);厚膜陶瓷:涂导热(导电浆料)在陶瓷基板。

石墨烯作为TIM在LED封装中的优势:热导率高1000W/m.K和高封装密度。石墨烯在散热基板:通过添加(涂层散热基板)石墨烯,将点热量(点散热)变成面热量(面散热),降低扩散热阻。石墨烯嵌入在硅胶达到提高机械性能和降低热膨胀倍数的效果。

石墨烯应用面临挑战:可控生长,石墨烯的质量(缺陷),成本,大规模生产;性能:水平散热高但是垂直散热有没有;与基板的黏合问题。其他应用:灯具外表面的散热通过将灯具(复合材料)中掺杂石墨烯来提高散热。

(来源:招商证券)

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