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石墨烯為什么被譽為“新材料之王“?

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2018年06月18日  

集萬千光芒于一身的石墨烯聚合電池,有著比能量高、充電速率快等優點,正好是當今電動汽車的痛點所在。比如早在2015年,華為瓦特實驗室在日本第56屆日本電池大會上發布的一項快充技術,這款3000mAh的石墨烯電池僅需5分鐘,就可獲得高達48%的電量。


更有甚者,早在2014年,西班牙Graphenano公司就與西班牙科爾瓦多大學,合作研究出了首例石墨烯聚合材料電池。


按他們的說法,這款電池有著諸多優點:


1.一個石墨烯電池的比能量超過600wh/kg,儲電量是當時市場最好產品的三倍,這個表現放在當今都能呈碾壓態勢(比如目前比亞迪磷酸鐵鋰電池的單體能量密度為150~160Wh/kg、特斯拉最新的21700電池系統的能量密度在300Wh/kg左右);


2.單次續航里程可高達1000公里;


3.單次完全充電僅需8分鐘以內;


4.使用壽命是傳統氫化電池的四倍,鋰電池的兩倍;


5.重量僅為傳統電池的一半;


6.Graphenano表示,此款電池的成本比鋰電池低77%。


如果從實驗室角度看,這些數據并不令人十分懷疑,因為石墨烯電池又被稱為“圈錢利器”或“論文利器”。不信去大學看看就知道了,研究這東西很好發文章,但真到實用階段,基本都啞火了。


驗證這是不是故意貶低石墨烯電池,方法很簡單。比如距今已經過去了4年之久,Graphenano公司再也沒出現在我們的視野中。


從其官網看,最新的新聞基本都是參加國家會議或石墨烯在其他產品上的應用(比如牙科產品)。放著廣闊的電動汽車市場不要,賺醫學用品的錢,要么就是腦袋秀逗了,要么就是我們過分高估了他們的產品。


事實上就目前石墨烯在電池上的應用來說,主要是和硅結合,所謂的石墨烯電池,本質上還是屬于鋰電池。對鋰離子電池來說,石墨烯作為碳基負極材料,是沒有辦法從根本上改變鋰離子電池能量比數量級的。


在電池負極里面代替原來的石墨,雖然可以提升電池的整體容量和充電速度,但性能提升效果有限,并沒到上文所述那般強勢。


當然,這并不是阻礙石墨烯電池面市的主要原因,量產化困難的主要原因在其內部。


1.全石墨烯電池成本十分高昂,而且制備難度大,幾乎不可能量產。現在公布的一些驚人數據基本都來自純度極高的石墨烯電池,僅出現在概念階段或實驗室內;


2.“摻雜石墨烯電池”在鋰電池上的作用是導電劑或電極嵌鋰材料,但與傳統的導電碳和石墨低廉的成本相比,前者帶來的性能提升不足以吸引各廠家;


3.石墨烯材料本身具有的高比表面積等性質,與現在的鋰離子電池工業的技術體系無法相容;


4.除此之外,比如其他材料的沖擊(比如硅在做負極上有著更高的理論容量)和分散工藝難度高等問題,都制約著它在鋰電池上的應用。


總之,首先要說明的是,石墨烯電池取代鋰電池在中短期內基本是不可能的;“摻雜石墨烯鋰電池”雖然有著一定的應用前景,但收效并不大,完全不足以撼動現今的格局。

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