國產石墨烯技術問世！8英寸晶圓誕生，石墨烯電池挑戰北極。

2020-11-12 清水夏日

國產石墨烯技術問世！8英寸晶圓誕生，石墨烯電池挑戰北極。

石墨烯技術在未來擁有非常廣闊的應用前景。也是最有前途的新型材料。


石墨烯發展預測路徑


石墨烯起源

石墨烯材料誕生於2004年，由英國曼徹斯特大學兩位科學家安德烈·傑姆和克斯特亞·諾沃肖洛夫首次在實驗室發現。簡單來說，石墨烯就是把石墨中的堆疊的碳原子分離成單層或者雙層。


石墨烯特性

石墨烯是已知的世上最薄、最堅硬的納米材料，它幾乎是完全透明的，其導熱性、導電性也非常適用於新型電子材料，例如電池電極材料。鋼鐵俠馬斯克曾預測，內置石墨烯聚合材料電池的電動汽車未來的續航裡程可以達到800公裡，達到了傳統汽車的續航水平。

鋰電技術

電池充電原理：鋰離子通過電解液在鈷酸鋰正負極間流動來實現充放電。

缺點：

  • 發展進步空間局限性。
  • 過熱或過充會導致失去化學平衡

石墨烯優勢：

  • 充電速度快，最快十幾分鐘完成充電。
  • 放電時間常，容量大。


  • 使用壽命長。
  • 高傳導性，高比表積特性
  • 安全係數大

石墨烯結構

由緊密結合六邊形或蜂窩狀結構的碳原子組成。其結構僅有一個原子層厚，如果將其二維化，將擁有出色的導電性與導熱性。


如果把它比喻為「超級電容器「，就可以實現快速的充放電。

如果鋰離子利用石墨烯來提高陰及導電性，可以實現體積減小，重量減輕，縮短充電時間。


石墨烯電池相對於鋰電擁有更小的體積，更大的容量。鋰離子每千克可儲能180WH，而石墨烯每千克可儲能1000Wh。

石墨烯發展成果———8英寸石墨烯晶圓誕生、雅迪石墨烯電池挑戰北極

1、中科院上海微系統團隊上個月在上海舉行的石墨烯創新大會上，發布了一項重要的創新成果，可以實現8英寸石墨烯晶圓的小規模量產。


目前主流的晶圓直徑尺寸有6英寸、英寸8英寸、12英寸，直徑越大製造難度越大。8英寸的晶圓足以說明了我國技術已經很領先了。並且石墨烯晶圓有望成為電子器件生產的替代品，具有深遠的意義。尤其是晶片領域。

2、雅迪石墨烯電池突破

11月9日雅迪電動車聯合天貓共同舉行「雅迪石墨烯電池及寒挑戰賽」。在比賽中雅迪石墨烯電池被埋入河道冰層，在零下十幾度的條件下，經過三天三夜拿出來之後仍能正常供電。並且可以實現突破1000次的充放電，利用專業充電器可以實現1小時快充。


3、北京理工大學與中國科學院太空製造技術實驗室研究提出一種雷射誘導石墨烯技術在3D列印peek件表面引入導電傳感電路的方法，用於製造智能結構件，並且絕大多數高分子材料能夠通過雷射誘導石墨烯工藝製造出石墨烯結構，該法具有廣泛的應用性。

總結：石墨烯將在基礎研究、電子器件、電化學生物傳感器、新能源電池、超級電容、導熱材料、航空航天等領域有著非常大的應用前景。

相關焦點

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    冬天是令廣大電動車用戶頭疼的季節，因為寒冷的天氣會導致傳統鉛酸電池性能嚴重衰減，進而影響電動車續航和動力表現。然而，並非所有的電動車電池都畏懼嚴寒。最近，雅迪電動車就將自家的石墨烯電池帶到了極寒地區——北極村，還要為廣大網友帶來一場別開生面的「極地C位」挑戰直播！
  • 石墨烯超級電池誕生,僅需15秒充滿電,比普通電池快1000倍
    但是，石墨烯超級電池充電速度卻能較普通電池快1000倍，僅需15秒便足夠將電池充滿。但數據顯示，就算是充放電幾十萬次之後，石墨烯超級電池依舊沒有出現明顯老化。反觀鋰電池，在使用幾年後便會出現明顯老化。 同時，針對石墨烯超級電池無法長期存儲能力；能量密度低，儲電量有限的問題，Skeleton表示，已經有了相應的解決方法。
  • 國家為何如此重視石墨烯?
    石墨烯非常輕 石墨烯的用途非常廣泛，可以被應用於鋰離子電池電極材料、薄膜電晶體、傳感器、半導體器件、複合材料製備、透明顯示觸控螢幕等方面。該方法製作的石墨烯材料層數可控，面積較大，具有較高的載流子遷移率，能夠研製出高性能的射頻晶片。但目前受SIC晶圓尺寸的限制，這種技術最多只能生長出４英寸晶圓級石墨烯，尺寸雖無法與現代晶片所需的12英寸Si材料相比，但是晶圓質量與Si晶圓相當甚至更好。2015年，北京大學採用氫輔助法在４Ｈ－SIC表面外延生長出高質量石墨烯，其中氫充當了碳刻蝕劑的作用，產生的石墨烯層面積更大，厚度更均勻。
  • 什麼是石墨烯晶圓?性能提高十倍以上,晶片行業或將不需要光刻機
    而這個新材料就是目前在各個領域都非常熱門的石墨烯，作者認為中國的有關科研人員已經開始嘗試通過這樣一個性能優異的新材料來製造全新的石墨烯晶片，一旦實驗成功的話，不僅僅可以改變無法突破光刻機技術的窘境，還可以直接改變目前晶片行業的整體格局，可以說是彎道超車。根據路透社前幾天的報導，白宮曾在過去多次頒布法案，企圖通過這樣的方式來延緩中國晶片行業的發展。
  • 華為Mate8的石墨烯電池是怎麼回事?
    因此，電極採用石墨烯材料後，使電池具備高充放電速率是石墨烯電池具備快速充電的原因，相對於華為、高通、步步高通過大電流密度下充放電實現快速充電的做法，採用石墨烯電極材料實現快速充電並不會像前者那樣削減電池壽命。因為石墨烯電池中的儲能物質依舊是鋰離子，所以石墨烯電池並非像網絡流傳的那樣是對鋰電池的顛覆。那麼，Mate 8說採用石墨烯電池是怎麼回事？
  • 「石墨烯電池」續航1000公裡真相!確實如此嗎
    一個是21世紀的「神奇材料」，一個是已誕生160多年的電池，如果能給我們平時生活常用的電池加入石墨烯，會不會給電池帶來飛越性的性能提升，讓大家的騎行體驗再升一個檔次？這樣一個神奇的腦洞從雅迪研發團隊中誕生，並迅速付諸於實踐，開始了這項幾乎不可能完成的挑戰。
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    鋰離子電池面臨的挑戰鋰離子電池問世的二十多年間，我們的世界和生活帶來了翻天覆地的變化。消費電子設備、電動汽車等儲能器件的高比能、高功率工作要求使得現有鋰離子電池「壓力山大」，電池技術的革新已經遠遠落後於電子設備的更新換代並成為制約用戶體驗的最大瓶頸。 傳統鋰離子電池是基於活性鋰離子在正負極材料之間的層間穿梭實現化學能與電能的轉化的。然而，恰恰是這種嵌入脫出的電化學機制使得鋰離子電池的容量和能量密度日益無法滿足應用場景的需要。
  • 動力電池領域技術創新,石墨烯電池的未來前景分析
    據悉，5月13日，廣汽新能源正式宣布，將在2020年將量產石墨烯電池從實驗室推向實際商用市場。並且，廣汽新能源指明，該品牌旗下的埃安車型將搭載相關技術成果。一直以來，鑑於石墨烯材料的「超輕、超高強度、超強導電性」等優勢，業內普遍認為，其是實現動力電池技術跨越式進步的關鍵技術。