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石墨烯電池為何沒有取代鋰離子電池成為電動汽車的電池?

鉅大LARGE  |  點擊量:808次  |  2020年08月01日  

石墨烯被研究者和各大媒體譽為“新材料之王”,是人類已知強度高、韌性好、重量輕、透光率高、導電性佳的新型納米材料。


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(yōu)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屆日本電池大會上公布的一項快充技術(shù),這款3000mAh的石墨烯電池僅需5分鐘,就可獲得高達48%的電量。


更加有甚者,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(yōu)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(chǎn)品的三倍,這個表現(xiàn)放在當今都能呈碾壓態(tài)勢(比如目前比亞迪磷酸鐵鋰離子電池的單體能量密度為150~160Wh/kg、特斯拉最新的21700電池系統(tǒng)的能量密度在300Wh/kg左右);


2.單次續(xù)航里程可高達1000公里;


3.單次完全充電僅需8分鐘以內(nèi);


4.使用壽命是傳統(tǒng)氫化電池的四倍,鋰離子電池的兩倍;


5.重量僅為傳統(tǒng)電池的一半;


6.Graphenano表示,此款電池的成本比鋰離子電池低77%。


假如從實驗室角度看,這些數(shù)據(jù)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”。不信去大學看看就了解了,研究這東西很好發(fā)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(jīng)過去了4年之久,Graphenano公司再也沒出現(xiàn)在我們的視野中。


從其官網(wǎng)看,最新的新聞基本都是參加國家會議或石墨烯在其他產(chǎn)品上的應(yīng)用(比如牙科產(chǎn)品)。放著廣闊的電動汽車市場不要,賺醫(yī)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(chǎn)品。


事實上就目前石墨烯在電池上的應(yīng)用來說,重要是和硅結(jié)合,所謂的石墨烯電池,本質(zhì)上還是屬于鋰離子電池。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(shù)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重要原因,量產(chǎn)化困難的重要原因在其內(nèi)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(chǎn)?,F(xiàn)在公布的一些驚人數(shù)據(jù)基本都來自純度極高的石墨烯電池,僅出現(xiàn)在概念階段或?qū)嶒炇覂?nèi);


2.“摻雜石墨烯電池”在鋰離子電池上的用途是導電劑或電極嵌鋰材料,但與傳統(tǒng)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(zhì),與現(xiàn)在的鋰離子電池工業(yè)的技術(shù)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,都制約著它在鋰離子電池上的應(yīng)用。


總之,首先要說明的是,石墨烯電池取代鋰離子電池在中短時間內(nèi)基本是不可能的;“摻雜石墨烯鋰離子電池”雖然有著一定的應(yīng)用前景,但收效并不大,完全不足以撼動現(xiàn)今的格局。


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