英國曼徹斯特大學(xué)(University of Manchester)國家石墨烯研究所(National Graphene Institute)的研究人員們利用石墨烯作為添加材料，致力于探索得以減少電池尺寸與重量以及擴(kuò)展電池壽命的各種新方法。
在一篇題為《以石墨烯材料實(shí)現(xiàn)電化學(xué)儲能》(Electrochemical Energy Storage with Graphene-Enabled Materials)的研究計劃中，研究人員們正與多家企業(yè)展開合作，其中包括勞斯萊斯(Rolls-Royce)、夏普(Sharp)和摩根先進(jìn)材料 (Morgan Advanced Materials)等。這些企業(yè)合作夥伴在石墨烯的未來應(yīng)用發(fā)展中扮演關(guān)鍵地位。目前，Graphene@Manchester正與來自全球30多家企業(yè)共同展開研究計劃與應(yīng)用。
曼徹斯特大學(xué)電子與電子工程學(xué)系教授Andrew Forsyth解釋，在我們開發(fā)電池之前，我們必須先目瞭解石墨烯如何與化學(xué)成份(特別是電解質(zhì))起作用。該校化學(xué)系教授Robert Dryfe則以實(shí)驗(yàn)分析石墨烯與鋰離子之間的化學(xué)相互作用。Dryfe教授并探索電子究竟能多快速穿過石墨烯以及可儲存在石墨烯表面的電容大小。
該計劃的另一項(xiàng)重點(diǎn)是基于石墨烯的超級電容器通常具有高功率性能以及比電池更長的壽命，但儲存容量卻較低。不過，研究人員仍看好以電池作為補(bǔ)強(qiáng)該整合儲存方案的一部份。
根據(jù)Forsyth教授表示，石墨烯電池與超級電容器的結(jié)合，可為電動車的銷售帶來強(qiáng)大的推動力。目前，這些環(huán)保汽車使用重量高達(dá)200公斤的電池，差不多是三位乘客的重量了。透過減輕電池的重量，石墨烯將有利于提高汽車的能效，以及增加電動汽車的續(xù)航力達(dá)到超過目前約100公里的限制。
Forsyth 教授強(qiáng)調(diào)，如果我們能夠延長電動車在兩次充電站之間的續(xù)航力，應(yīng)該馬上就能讓電動車變得大受歡迎。但電池如何能突破實(shí)際生活中的駕駛限制?電動車就像其他所有的汽車一樣仍無法順暢地驅(qū)動。如同駕駛?cè)嗽诩铀贂r一樣，對于電力急劇需求的高峰，將會為電池帶來壓力，而且還可能會限制其使用壽命。
為了測試結(jié)合石墨烯電池和超級電容器的原型是否能夠勝任這項(xiàng)工作要求，F(xiàn)orsyth教授透過模擬不同駕駛情況使其暴露于現(xiàn)實(shí)世界壓力下。他表示，我們甚至可測試駕駛于極端氣候情況的駕駛技術(shù)。許多電池在嚴(yán)寒天氣條件下難以發(fā)揮作用，經(jīng)由我們的氣候室可發(fā)現(xiàn)任何弱點(diǎn)。
當(dāng)然，基于石墨烯的儲存并不限于傳輸。隨著英國變得更加依賴于可再生能源，它還將在國家電網(wǎng)的未來發(fā)揮重要作用。Forsyth教授質(zhì)疑道，如果我們只依賴太陽能和風(fēng)能來產(chǎn)生能量的話，有一天當(dāng)烏云密布以及微風(fēng)時又該怎么呢?如果我們能夠開發(fā)出高容量儲能機(jī)制，業(yè)者將能夠先行蓄電以備不時之需。
在曼徹斯特大學(xué)校園中已經(jīng)安裝了電網(wǎng)級電池以及轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，用于測試大規(guī)模的蓄電。研究人員們將利用電池系統(tǒng)來開發(fā)可控制電流流動的方法，并調(diào)整發(fā)電量和當(dāng)?shù)匦枨笾g的差異。
