第402章 石墨烯超級電池(求訂閱!)

作者︰奶味小布丁投推薦票 章節目錄 加入書簽

隨著實驗室的負責人逛完整個光伏材料研究所之後,終于來到了這次的重頭戲,那就是光伏陶瓷材料了,這次趙一過來也是沖著這個來的。

來到光伏陶瓷項目組,項目組的負責人拿出來了一片面積大約在一平方米左右,前世非常常見的瓷磚給趙一看。

趙一接過了他拿過來的瓷磚,仔細的端詳了起來,瓷磚表面是一層灰色的釉,看上去並沒有什麼特別的,非常的光滑。

然後他用手在上面模了一下,並沒有常見陶瓷釉的冰涼感,這說明它的吸熱能力非常不錯,而且能夠容納更多的熱量,並且這些熱量不容易消散。

除此之外,趙一看不出來有什麼特別的,然後他有端詳著瓷磚的邊緣,發現中間有許多黃點,雖然不知道有什麼作用,但是肯定是非常重要。

至于地磚背面就是非常常見的瓷磚背面了,非常的粗糙,這種設計主要是用來和水泥砂灰進行充分的混合,附著力更大。

「跟我說說其中的原理,我非常好奇,這種平平無奇的陶瓷,竟然有你說的那麼神奇。」趙一對著負責人問道。

「其實原理並沒有那麼復雜,主要組件就兩個部分,第一個部分就是特殊光伏釉,它具有非常高的光敏度。

只要有光子撞擊,撞擊部位就會產生空穴,電子就會產生位移,形成電壓,形成的過程和 晶光伏材料差不了多。

只是這種特殊陶瓷釉對于光的捕獲更加靈敏,這也是他們的光能轉化效率這麼高的原因。

其次就是這側面的黃色的小點,是使用銅制作的外部接口,主要是用來進行光伏陶瓷之間進行聯通的,這樣拼接起來就會形成面積更大的光伏陶瓷面板了。負責人說道。

趙一听到他的話,卻皺起眉頭,思考了片刻說道︰「這種特殊陶瓷釉其實也是一種涂料,那麼有沒有可能不依附于陶瓷,單純的這種涂料材料就可以產生光伏電壓呢?」

「這個我們試過了,如果不進行高溫燒制的話,就不會表現出來這麼高的光伏電壓靈敏度,達到的效果就非常有限了。」負責人回答道。

趙一之所以這麼問,就是因為如果這種陶瓷產品用來外牆裝飾的話,是非常困難的,因為要使用水泥貼牆,中間是需要進行水泥密封的,那麼瓷磚和瓷磚之間就會完全阻斷。

如果不進行水泥密封,就讓這些瓷磚之間直接接觸,那麼不說熱脹冷縮帶來的問題,就是安全性也會大打折扣,而且施工難度也會非常大。

而且他們用來進行光伏陶瓷之間進行連接的材料趙一也不太滿意,不管是使用銅還是石墨烯納米管,生產的成本都非常大,不適宜大規模的運用場景。

如果是出售給其他企業,這還好一些,畢竟是由其他公司來買單,但是這些產品最大的使用方就是自己,那麼節約每一點成本都是需要思考的問題。

「你們有沒有研究這種釉經過燒制之後的具體結構,然後通過其他方法,再改變這個中間變化的過程,直接就可以達到最後的結構目標。」趙一又問道。

「這個我們當然研究過了,只是使用其他手段代替陶瓷燒制的過程,我們還沒有研究出來,不然的話,完全可以根據最後的產物結構直接做成涂料就可以了。

這樣不僅生產方式更加容易,而且運用起來更加簡單,只是我們做了很多這方面的嘗試,結果都以失敗告終。」負責人說道。

說實話,這種光伏陶瓷的表現其實已經非常優秀了,完全可以替代現有的光伏 晶材料了,運用到大規模的光伏發電廠建設當中去。

不過運用到建築上面還是存在著諸多的問題,上面已經講過了,所以趙一對于這種模式的建築材料還是不滿意的。

好在項目負責人也意識到了這個問題,也進行了這方面的嘗試,只是都失敗了而已,如果嘗試都沒有的話,那說明負責人對于場景運用上面的敏銳度有點欠缺了。

看樣子想要解決這個問題,還需要自己親自參與其中,以這個陶瓷釉的結構為樣本,研發出來一款專用的涂料產品,或者說是油漆產品也可以。

光伏材料其實說到底非常簡單,只需要對光子進行捕獲,並由此產生電位移,這樣就誕生了電壓,形成了微弱的電流,然後將這些電流引導存儲起來,就是電能了。

只要滿足上面的描述,就可以算是光伏材料了,而趙一想要做的就是能夠符合上述描述的涂料產品。

這樣的話,只需要在建築較高的外牆涂上這種涂料,然後在邊緣使用導線將這些涂料產生的電能收集起來存儲就可以了。

想到這里,趙一對聞省說道︰「看樣子我要在這邊待上一段時間了,你也不用再陪著我了,回去給我就近訂一間房間供我休息就可以了。」

聞省听到趙一的話,心里既高興有有點失落,高興是因為終于臨到老板出手了,那麼他描述的那種光伏涂料肯定會研發成功,聞省對于趙一的材料技術有點盲目崇拜了。

而失落的就是,本來這是一件值得大書特書的材料,結果並沒有獲得老板的滿意,雖說並不影響基石材料公司的運營,更不影響他的位置,但是這個表現機會沒有了總是讓人不愉快的。

「行,我這就回去做好安排,等安排好後,我會告訴您的秘書。」聞省答應道。

隨後,趙一算是臨時加入到這個項目組中來,對這種光伏陶瓷釉進行深入的分析,只有對這個陶瓷釉的結構和原理分析透徹了,才好進行下一步的動作。

好在這些基礎性的工作,項目組已經做得非常扎實了,趙一只需要將這些實驗數據調出來,通過模擬軟件進行模擬就可以看得一目了然。

等了解了這種材料的具體結構,以及為什麼它的光電轉化率高的原因後,趙一就開始使用自己的計算材料學知識,從新設計了一份材料目標。

等他重新設計了一種材料之後,再放到智能材料分析和計算模擬系統里面進行模擬計算,結果表現出來的效果比項目組原來的陶瓷釉更加優秀。

根據模擬結果顯示,這種趙一設計出來的涂層材料不僅將光電轉化效率提高到了60%,同時表現出來的耐用性和穩定性也非常突出。

由于特殊建築菌種和特殊油漆的使用,可以讓中國房屋公司的使用年限變得非常長,如果這種用在建築外牆牆壁上的涂料不耐用或者不穩定,就是一個非常糟糕的事情了。

當趙一親自設計的材料模擬出來後,項目組的所有成員,對于趙一的崇拜更是滔滔不絕,之前只是傳聞,現在這個傳奇真的站在了自己面前,並且剛剛就完成了一項壯舉。

不過趙一並沒有因此感覺到歡欣鼓舞,畢竟這只是萬里長征的第一步,只是表明了這種設計結構的材料可以表現出來這種理想的效果。

但是怎麼生產制備這種材料才是非常關鍵的步驟,制造不出來,那麼這種材料表現的再優秀也是于事無補。

所以接下來就是對這種材料反向推演,不過智能材料分析計算模擬系統就有這樣的功能,只是這樣的功能並不能夠保證推理出來的過程會百分百表現的正確。

所以接下來的任務就交給了這些項目組的研究人員來操作了,這種體力活,趙一是不打算自己干的。

將這些體力活交給了項目組成員之後,趙一就開始思考儲能的問題,現在能夠儲能的基本上都是電池產品了。

他之所以考慮這個問題,就是需要一款儲能非常大的設備,對光伏涂層發出來的電能進行存儲的,不然的話,這些白天發出來的電就會白白的浪費了。

正常情況下,白天居民家里是很少使用電的,而這個時候恰恰是光伏發電的最好時間段了,等晚上用電高峰的時候,光伏發電時間段反而是最差的。

想要解決這種需求和生產不匹配的現象,就需要用到儲能設備來解決了,但是電池產品不說能量存儲密度的問題,就是成本也會非常高昂。

所以使用傳統的電池產品來進行儲能,趙一覺得不是一個好的辦法,即使他有能力研發出來一款能量存儲密度非常高的電池出來,那麼成本也會非常高。

而且他們存儲的電能是用來居民日常使用的,而不是用在電子產品上的,那就要求具有非常大的放電能力,不然的話,根本就帶不動居民的電器運轉起來。

那麼電容儲能就進入了他的視野,不過相比起傳統的電容儲能,他更加青睞基于石墨烯材料而制作的超級電容儲能設備。

其實這種石墨烯超級電容的原理並不復雜,就是利用石墨烯良好的導電性,實現比常規電池充電和放點速度快成百上千倍。

同時又利用石墨烯的單層原子結構,可以大幅度提高表面積,這樣就可以儲備更多的電能,實現高能量密度。

所以原理並不難,難得是怎麼能夠快速穩定的生產出來滿足需要的石墨烯材料,只要這個方面進行了突破,那麼其他的任務交給下面的研究人員就可以了。

而且這種石墨烯超級電容的應用範圍非常廣泛,不僅僅只是滿足于和光伏涂層配套的儲能需要,還能夠解決國家電網的用電錯峰調節問題。

更重要的是,使用這種石墨烯超級電容制作的電池,應用也非常廣泛,小到電子產品,大到汽車上面,都可以使用的上。

只是之前趙一對于石墨烯電容沒有什麼需求,因為目前的石油還是蠻便宜的,他也就沒有打算直接上馬電動汽車項目,至于其他的儲能需求,可以使用其他的方式進行。

最簡單的石墨烯超級電容,采用的是雙電層電容結構,具體原理就是在電解質當中插入兩個電極,並在其間施加一個小于電解質溶液分解電壓的電壓。

這時電解液中的正、負離子在電場的作用下會迅速向兩極運動,並分別在兩上電極的表面形成緊密的電荷層,即雙電層。

所以想要獲得高能量密度的石墨烯電容,不僅僅只是石墨烯材料,還需要一種非常好的電解質材料。

于是針對這兩個問題,趙一就開始進行相關的研究工作,首先要解決的就是石墨烯的大規模制備問題,這個問題不解決,那麼石墨烯的成本就會非常高。

其他的辦法趙一也懶得去想,還是采用基石材料公司最擅長的微生物制備方法,這種制備方法既可以大量的制備,又不需要特殊的機械加工能力。

趙一準備培育出來一種微生物,他具備自適應單層,這樣的話,可以保證經由這種微生物生成的石墨烯材料是單層結構。

同時這種微生物還需要對碳原子具有非常好的親和力,同時在生物之間的特性表現上面,兩種微生物之間能夠誕生某種聯系。

一旦靠的非常近,就會將他們搬運的碳原子吐出來,然後和附近的微生物吐出來的碳原子形成穩定的鍵連接關系。

在接下來的時間里面,趙一就是在實驗室里面培育這種微生物,如果是使用趙一交給基石材料公司的辦法進行,那麼花費的時間太長了。

趙一這次來這邊只是一個臨時的行為,不可能待的太久,于是干脆就通過宙靈幫助,直接就拿出來了滿足條件的微生物培育方案。

然後就是對這種微生物培育方案進行實驗驗證,這個操作趙一就讓研究人員按照資料流程來就可以了,

安排完這個之後,趙一又開始對電解質進行研究,想要獲得超高能量密度,電解質也是一項非常關鍵的因素。

不過這個工作趙一不打算自己做,因為他相信基石材料公司能夠做好這個工作,而且電解質這種東西,從來就沒有最好,只有更好。

所以他們可以長時間慢慢的研究,隨著電解質的性能越來越優越,那麼石墨烯超級電容的能量密度也會越來越高。

至于當前研究所需要的電解質,就使用常規的電解質氫氧化鈉來代替就可以,目前只是解決主要的問題,至于提高性能就是另一項工作了。

而且中國房屋公司的城市化建設還沒有動工,而安裝這些石墨烯超級電容儲能的話,需要等到其他工作全部完成後,才會開始進行。

所以基石材料公司擁有充足的時間來進行這項工作,如果不是怕他們長時間都弄不出來石墨烯大規模制備的技術,他都懶得自己動手做這些工作了。

就這樣趙一在這邊一下子就待了一個月的時間,等這邊將全部的實驗結果都匯總過來之後,由趙一主導的光伏涂層材料經過磕磕踫踫終于是獲得了想要的結果。

果然根據智能材料分析和計算模擬系統得出來的制備過程並不靠譜,趙一經過了不下十多次的調整後,終于獲得了滿意的答案。

然後就是石墨烯的制備了,由于重要的微生物培育是出自宙靈之後,所以經過實際驗證之後,沒有出現任何意外,非常順利的完成了。

從此以後,石墨烯的制備就可以大規模工業化制造了,不僅僅只是對這個項目產生重要的影響,就是對目前的半導體產業也會產生很大的影響。

不過趙一並沒有打算推出什麼碳基芯片,因為 基芯片的使用壽命還沒有到頭,再加上自己就在 基芯片上面佔據著絕對的領先優勢。

在這種情況下,完全沒有必要自己掘自己的墓,所以想要推出碳基芯片,還需要等待 基芯片的潛力耗盡之後才會大規模應用。

至于更多的應用場景,還需要基石材料公司自己挖掘,不過趙一也囑咐了,石墨烯材料暫時不對外供應,只需要滿足兄弟單位的研發生產需求就可以。

等這些東西都制備出來實物之後,實驗室研究人員就使用這些材料,將一套光伏涂層發電系統搭建起來了。

根據實驗室數據,趙一親自設計的光伏涂層材料的光電轉化效率達到了理想的設計值,也就是60%,但是實際應用當中,能夠有50%以上就是一個非常不錯的結果。

因為在外部環境下,由于涂層上面的灰塵等原因,肯定會對轉化效率造成很大的影響,今後還需要不定期對一些建築的外部進行清潔處理,才能夠保持良好的光電轉化效率。

其次就是石墨烯制備的超級電容了,能量密度一下子就達到了500Wh/kg,這樣的能量密度其實相比起鋰電池的能量密度來說,好的不是一星半點。

使用這種電池,完全可以用來造電動汽車了,前世比亞迪的磷酸鐵鋰電池,能量密度才只有180Wh/kg,就可以看得出來這兩者之間的差異了。

不過趙一對此並沒有滿意,趙一希望在接下來的時間里面,將這個電能密度提高至少5倍,也就是至少要達到2500Wh/KG,同時改進其他各方面的性能。

至于什麼時候應用到電動汽車上面,趙一還拿不定主意,主要是因為目前的燃油汽車還有很大的潛力可以挖,能源安全也沒有那麼緊迫。

當然這個年代,對于節能減排的要求更沒有那麼苛刻,所以趙一打算看看再說,如果真的需要上馬電動汽車的話,也不算是一件非常困難的事情。

電動汽車說到底就兩大核心,第一個就是電池了,第二個就是電動機了,只要這兩個沒有問題,其他的都是一些細枝末節了。

不過該準備的還是要準備的,所以從基石材料公司出來之後,趙一就直接前往了神龍汽車公司,讓他們對電動汽車做前期研發工作。

電池就不用他們操心了,基石材料公司完全可以滿足他們的需求,所以他們的研發重點就是高性能汽車用電機以及整車的設計了。

至此,趙一來南京的任務就算是圓滿的完成了,至于光伏材料實驗室之前的光伏陶瓷,雖然也具有非常高的實用價值。

但是相比起光伏涂層來說,就是不是那麼先進了,現在趙一不確定的是,到底要不要將光伏涂層往外銷售,如果往外銷售,那麼光伏陶瓷就沒有必要生產了。

不過經過一番權衡之後,趙一還是打算將光伏陶瓷產業安排到景德鎮,同時光伏涂料的生產也放到那邊,也就是說,光伏涂層暫時不對外賣。

因為這種光伏涂層不僅僅只是可以用來進行建築光伏發電的,其他地方的用途也非常廣泛,例如軍事裝備上面,以及太空設備上面都可以使用。

如果和這些東西結合起來,就算得上是出口管制產品了,更重要的是,那樣光伏陶瓷產品就等于是白研發了,所以他準備讓基石材料公司往歐美國家賣一波先。

因為光伏陶瓷優秀的光電轉化效率遠遠高于目前的 晶光伏產品,肯定會受到歐美國家的熱烈歡迎,而且使用壽命更長,那麼價格更貴點也就情有可原了。

從這一點看,趙一他的資本家本性就暴露無遺了,明明有更好的東西,偏要拿出劣質的次等品賺一波錢再說,如果讓他們的消費者知道了,估計得氣的吐血。

因為這種光伏涂層材料真正到大規模應用的時候,還需要等待5年左右,這段時間里面,就是光伏陶瓷大發神威的時候了。

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