鉅大LARGE | 點擊量：1238次 | 2018年11月25日
電池加石墨烯，未來的電動汽車能走多遠你造嗎
近年來，純電動汽車的快充技術不斷發(fā)展，“1個小時充滿80%的電量”“30分鐘充滿80%電量”“20分鐘充滿80%電量”……未來的3~5年，純電動汽車只要充電5分鐘就能充滿80%電量，大約能行駛300公里。
電池+石墨烯未來電動車充5分鐘跑300公里?電池+石墨烯未來電動車充5分鐘跑300公里?
被稱為“黑金”的石墨烯，在實驗室的研發(fā)近年有了突破性的進展。汽車電池電芯加入石墨烯后，充放電效率會有顯著的提升。專家表示，石墨烯在汽車電池上應用，填補了石墨烯高端應用的空白。而這種基于“電池+石墨烯”的快充技術不會停留在實驗室，短則三年，長則五年便將走進市場，搭載在新能源汽車上。
電池+石墨烯未來電動車充5分鐘跑300公里?
那么，石墨烯這個被譽為“能徹底改變21世紀的黑科技”是如何運用在電池的快速充放電上？帶著這個問題，記者采訪了多家電池企業(yè)和電池專家。
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石墨烯就像電池的調(diào)味料
純電動汽車改變?nèi)藗兊某鲂?，而快充則會改變現(xiàn)有的純電出行模式。續(xù)航里程一直被認為是純電動汽車最重要的指標之一，但這也許不再是唯一。“電池+石墨烯”將改變純電的快充時間，這也將釋放純電動汽車更大的潛力。
將電池和石墨烯結合起來，是近十年才陸續(xù)開展相關的研究。據(jù)專家介紹，電池的諸多性能指標當中，能量密度排在首位，直接決定續(xù)航里程，而續(xù)航里程的長短與消費者購買意愿成正比。一開始，石墨烯電池就是奔著提升能量密度去研發(fā)的。不能說沒有收獲，加入石墨烯之后，電池能量密度能提升5%~10%。但再往上，難以再有突破。這與研究人員最初預期20%~30%的能量密度大相徑庭。
廣汽研究院石墨烯應用研究創(chuàng)新工作站副首席專家毛文峰博士告訴記者，石墨烯只是一種添加劑。石墨烯與電池的關系，就像是調(diào)味料與菜品原料之間的關系。炒菜時，放點雞精，可以提鮮，但不能放多，放多了，菜反而不好吃了。同樣道理，在提升能量密度上，起到?jīng)Q定作用的還是電池本體，而非石墨烯這個添加劑。
正因為如此，毛文峰博士認為，“石墨烯電池”的概念是不成立的?？萍歼M步，最忌喧賓奪主，不能因為添加了某種添加劑，就大張旗鼓進行注明，并廣而告之，哪怕這種添加劑有光環(huán)在身。“我們在飯店點菜，從來沒有看到過什么菜的菜名是以‘雞精’開頭的”“同樣道理，不能因為電池應用了石墨烯材料，就稱之為‘石墨烯電池’，更為準確的說法是‘電池+石墨烯’”。他認為，市場對石墨烯電池的追捧，已經(jīng)超過其實際的技術水平，存在一定的泡沫。
賦予純電出行新模式
新能源汽車電池快充時間的縮短，會直接改變現(xiàn)有的純電出行模式：續(xù)航里程重要，但不再是唯一。毛文峰描繪他設想中的未來出行模式：純電動汽車綜合續(xù)航里程只有400公里，當電量耗盡時，找到快充電樁，5分鐘就能夠充滿電。與汽油車2~3分鐘的加油時間相比，5分鐘的快充時間仍然比較長，但比起目前30~60分鐘的平均快充時間，已經(jīng)快上許多。
廣汽新能源總經(jīng)理古惠南持相同觀點“快充模式一旦普及，純電動車續(xù)航里程沒必要600公里，甚至1000公里那么多，不需要那么大電池容量和能量密度”。消費者沒必要為電池多買單，快充快走，使用體驗與汽車加油沒有不同?；谶@一觀點，在產(chǎn)品規(guī)劃當中，有超過500公里的超長續(xù)航里程車型，同時也將提供純電續(xù)航里程從300公里到500公里不等的車型，并有插電混動車型供消費者選擇。
除了快速充放電，由于具備良好的導熱性能，石墨烯能夠提升電池的散熱效果；載流子遷移率決定電導率，較快的載流子遷移率能提升元器件的工作速度；由于導電性能好，石墨烯還可以提升電池的功率密度。
廣汽新能源技術中心主任許俊海表示，“我們現(xiàn)在的電池系統(tǒng)仍然保留溫控系統(tǒng)，一定程度上增加電池重量，降低能量密度。但隨著電池散熱效果的提升，一旦去掉溫控系統(tǒng)，電池能量密度會越級到一個新高度?！备鼮殛P鍵的一點，隨著新技術應用，汽車企業(yè)能夠騰出精力，關注以前關注不到的地方，尤其是電池的功能安全。許俊海口中的“新技術”就包含有石墨烯。
石墨烯的加入或能改變現(xiàn)有格局
“少即是多”，這是汽車設計與研發(fā)最高的境界。面對石墨烯這種獲得諾貝爾獎的“新材料之王”，敢于做減法，需要莫大的勇氣。但扎根于石墨烯領域的研發(fā)人員更多的是逼于無奈。
清華大學材料學院教授朱宏偉曾在接受采訪時明言，如果石墨烯再找不到應用，無論是資本市場還是基礎研發(fā)都會退潮。黎明前的黑暗到底還有多長，沒有人能給出準確的時間?？梢钥隙?，電池尤其汽車電池，是石墨烯公認最接近于應用的領域之一。
目前，在汽車電池領域，鋰電池仍然是霸主。而根據(jù)材料不同，還分為磷酸鐵鋰、鈦酸鐵鋰以及三元鋰電池。市面上幾乎所有新能源汽車都內(nèi)置這三類電池，無論是新能源汽車企業(yè)的翹楚特斯拉，還是當前新能源汽車領軍者的比亞迪，都在這個“局”中。
隨著新能源汽車的全面提速，三種技術路線之間的淘汰賽已經(jīng)分出勝負，磷酸鐵鋰和鈦酸鐵鋰逐漸掉隊，三元鋰電池單獨領跑。
石墨烯的加入，盡管不能在短時間內(nèi)作為單一的品類徹底顛覆鋰電池。但作為一種添加劑和催化劑，還是能夠改變電池領域的現(xiàn)有格局，讓磷酸鐵鋰看到逆襲希望。公開資料顯示，國軒高科擬將“青島國軒年產(chǎn)3億Ah高比能動力鋰電池產(chǎn)業(yè)化項目”調(diào)整為“青島國軒年產(chǎn)2Gwh高比能動力鋰電池項目”。產(chǎn)品類型由三元電池調(diào)整為磷酸鐵鋰電池。在近期接受投資者的調(diào)研過程中，國軒高科更表達了自己對磷酸鐵鋰電池應用前景的看法，隨著技術不斷迭代，其認為未來磷酸鐵鋰市場應用空間依舊非常廣闊。
一位不愿透露名字電池專家表示，假如石墨烯能夠大幅縮短快充時間，隨著補貼滑坡，真正市場化以后，磷酸鐵鋰的低成本、長壽命、高安全性優(yōu)勢會顯現(xiàn)出來。
或填補石墨烯高端應用的空白
在石墨烯領域，國內(nèi)和國外企業(yè)采取不同的策略。國外是先投入大量資金進行基礎研發(fā)，隨后再尋求應用。業(yè)內(nèi)公認對于石墨烯投入研究資金的是三星，申報大量專利，不僅將石墨烯應用在顯示屏上，而且進行石墨烯電池的研發(fā)。國內(nèi)則是先進行模式搭建，建立企業(yè)，再找尋下游市場。
來自中國經(jīng)濟信息社發(fā)布的《2016-2017中國石墨烯發(fā)展年度報告》顯示2016年以來，中國石墨烯企業(yè)爆發(fā)式增長，年新增企業(yè)超過700家，但在具體應用上，過于粗放，大材小用。石墨烯真正能夠發(fā)揮作用的應該是能充分利用其“輕、薄、柔”等結構特點的場合，或在微納芯片、光電子等核心器件里。
專家表示，石墨烯在汽車電池上應用，填補了石墨烯高端應用的空白。種種跡象表明，在“電池+石墨烯”上，中國處于世界的最前端，而廣州又走在中國的前列。這不僅因為中國是全球最大汽車市場，同時也是最大新能源汽車市場，市場和消費需求擺在那里。
毛文峰強調(diào)，市面上存在許多石墨烯制作電容裝置夸張描述，比如充放電速度是鋰電池100倍~1000倍，這些都是炒作，是科學鬧劇，無論理論還是實驗室都是不成立的。
未來3~5年快速充放電將實現(xiàn)突破
走出“能量密度”的誤區(qū)之后，近年來石墨烯在電池實驗室的研發(fā)就陸續(xù)有了進展。華為將石墨烯應用在手機電池上，主要側重散熱，發(fā)揮石墨烯優(yōu)秀的導熱性能。比亞迪使用石墨烯，用于提升汽車電池的功率密度。功率密度和能量密度是截然不同的指標，前者決定純電動車百公里加速度，后者決定純電動車的續(xù)航里程。而毛文峰和他的團隊，將主要研究方向聚焦在快速充放電上，也就是提升電池的充放電速率?！安荒芎唵蔚負Q算，但在實驗室里，電池電芯加入石墨烯后，充放電效率會有顯著的提升?！?/p>
毛文峰介紹，在未來三年，電池能量密度能在現(xiàn)在基礎上提升20%~30%左右。充電速率則不同，未來3~5年，將充電時間能夠縮短一半?！澳壳埃趯嶒炇依?，我們團隊已經(jīng)有收獲，純電動汽車電池能夠在5分鐘充滿80%的電量?！笨梢宰鳛橹苯颖容^的是，目前市面上的快充絕大部分是“1個小時充滿80%的電量”，廣汽新能源是“30分鐘充滿80%電量”，最快的是上汽乘用車，將會在2019年的量產(chǎn)車型上搭載“20分鐘充滿80%電量”的快充技術。
有人會說，20分鐘與5分鐘沒有太大區(qū)別，不就多等15分鐘嗎？我們來設想一下：為一輛純電動車充電，到達充電樁時發(fā)現(xiàn)前面排著兩輛車：假如快充需要20分鐘，就需要60分鐘才能完成充電；而若快充只需5分鐘，只要15分鐘就能開車走人。另外，目前汽油車每加滿一箱油大約需要2~3分鐘，續(xù)航里程在600公里左右。5分鐘充滿80%電量，大約能行駛300公里。兩者還是有差距，但差距已經(jīng)縮小到可忍受的范圍?！盎凇姵?石墨烯’的快充技術不會停留在實驗室，較大可能會走進市場，短則三年，長則五年，會搭載在廣汽集團旗下的新能源汽車上?！?/p>
當然，這其中也存在巨大的變數(shù)。變數(shù)不僅來自技術本身，還有需要進一步提升的可靠性和安全性，同時還受到其他因素掣肘，包括但不限于配套電池企業(yè)的生產(chǎn)水平，生產(chǎn)出來電池的一致性、快充充電樁和充電網(wǎng)絡的硬件支撐、電池管理系統(tǒng)、電池的散熱性能等。
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