2026年中考化学一轮复习教学素材：新型铝-石墨烯铝电池

【教学素材】 新型铝—石墨烯电池 湖北省石首市文峰初级中学 刘涛（正高级教师） 【知识链接】“铝—石墨烯电池”是由浙江大学高分子科学与工程学系高超团队研制的新型储能装置，正极采用石墨烯薄膜，负极采用金属铝（地壳含量丰富且成本低廉），具备秒级快充、超长循环寿命和宽温域工作等特性，相关研究成果于2017年在《Science Advances》期刊发表，目前主要处于实验室研发阶段，尚未大规模量产。目前研究重点正转向解决高质量石墨烯的大规模制备及进一步降低生产成本。 一、铝—石墨烯电池的工作原理 电池工作时，铝负极发生氧化反应释放电子和铝离子，铝离子通过电解质迁移至石墨烯正极，并嵌入其层状结构中；充电时过程相反。石墨烯具有独特的三维多孔网络结构，如同“高速公路”，让电子和离子畅行无阻，从而实现了快速充放电和高能量转换效率。 二、铝—石墨烯电池的核心性能优势 （1）能量密度高，续航能力强：能量密度是锂电池的2～3倍，一次充电可行驶1000公里以上。 （2）充电速度极快：倍率性能优异，实验室数据可实现1.1秒充满电。 （3）循环寿命长：经历25万次充放电循环后，容量损失很小，仍保持91%的容量。 （4）安全性高，适应性强：电池具有柔性特征，弯折一万次容量不降，且电芯暴露于火焰中不会起火或爆炸，安全性优于传统锂电池。具有宽温度使用范围（－40℃至100℃），在极寒或高温环境下性能稳定。 【情景创设】阅读下列科普短文。 铝—石墨烯电池：未来能源的“超级引擎”} 石墨烯被誉为“新材料之王”，是从石墨中分离出的单层石墨片，是目前人工制得的最薄材料，它只有一个碳原子的厚度，几近透明，且异常柔韧，是目前人类发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的材料。 浙江大学高分子科学与工程学系高超团队，研制出了一种新型铝—石墨烯电池。石墨烯手机充电时间只需短短数秒，电池就满电，可以连续使用半个月！石墨烯电池只需充电10分钟，环保节能汽车就有可能行驶1000公里！它的正极是石墨烯薄膜，负极是金属铝。经测试，它在25万次充放电循环后仍能保持91%的容量；这种电池还有很多特点：抗冷热、经折腾、寿命长，而且，即使电池暴露于火焰中也不会起火或爆炸。 这种电池可以在零下40摄氏度到120摄氏度的环境中工作，在零下30摄氏度的环境中这种新型电池能实现1000次充放电性能不衰减，而在100摄氏度的环境中，它能实现4.5万次。这种新型电池是柔性的，将它弯折一万次后，容量完全保持。 依据文章内容，回答下列问题。 （1）石墨烯是一种 （填“单质”或“化合物”）。与金刚石的物理性质有很大差异，主要原因是 。1mm厚的石墨包含300万层石墨烯，是构成其它新型碳材料的基本组成单元，这说明构成物质的粒子具有的性质是 。 （2）单层石墨称为石墨烯，这种“只有一个碳原子厚的碳薄片”被公认为是目前世界上最薄、最坚硬、传导电子速度最快的新型材料。下列关于石墨烯的叙述中正确的是 （填字母序号） A．石墨烯的化学式为C B．石墨烯中碳元素的化合价为＋4 C．石墨烯的硬度小于石墨 D．将石墨剥离制成石墨烯发生了物理变化 （3）石墨烯可以做电池正极主要利用其 性；负极用的金属铝具有优良的抗腐蚀性，原因用化学方程式表示为 。 （4）石墨烯铝合金是一种把石墨烯加到铝合金里做出来的新材料，强度、导热和导电性能都比普通铝合金更好，同时还能保持轻量化。目前导致新型铝—石墨烯电池不能大量推广使用的可能原因是 。 （5）铝—石墨烯电池中，铝元素的化合价为 。从充放电性能的角度考虑，铝石墨烯电池更适合在 （填“高温”或“低温”）。 （6）我国科学家最新研制出一种新型铝—石墨烯电池，手机使用这种电池，充电时间短，待机时间长。碳、铝元素的相关信息如图。下列说法正确的是 （填字母序号） A．两元素属于同一周期，化学性质不同 B．两种元素的根本区别是中子数不同 C．铝元素是地壳中含量最多的金属元素 D．碳的相对原子质量为 12.01g （7）下列对石墨烯和新型铝—石墨烯电池的说法正确的是 （填字母序号）。 A．常温下，石墨烯的化学性质非常活泼 B．石墨烯可以用于制作钻头 C．铝—石墨烯电池不具有导电性 D．铝—石墨烯电池循环寿命长，且在极端温度下性能稳定 （8）结合文章内容，分析新型铝—石墨烯电池与传统锂电池对比，具有的优势是 （至少写出两点）。 参考答案 （1）单质；碳原子的排列方式不同；微观粒子很小；（2）A；（3）导电；4Al＋3O2＝2Al2O3；（4）成本太高，价格昂贵（合理即可）；（5）0；高温；（6）C；（7）BD；（8）抗冷热、经折腾、寿命长，即使电池暴露于火焰中也不会起火或爆炸。 学科网（北京）股份有限公司 $