石墨烯電池是什么？

admin 2023年12月01日 15:26 219 0

石墨烯能量密度超過(guò)600wh/kg，是目前使用鋰電池的約5倍；一次充電時(shí)間只需8分鐘，可行駛1000公里；使用壽命是目前鋰電池兩倍；其成本將比目前鋰電池降低77%等。

該電池主要突破點(diǎn)有六：一是標(biāo)志著石墨烯電池研發(fā)已經(jīng)有實(shí)質(zhì)意義上突破，終于進(jìn)入了應(yīng)用階段。二是石墨烯電池主要性能指標(biāo)，即能量密度、功率密度、充電時(shí)間和使用壽命等，均有替代汽油機(jī)的歷史性突破，完全適合汽車動(dòng)力需求，并遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越現(xiàn)行汽油發(fā)動(dòng)機(jī)。三是該電池的成本比目前鋰電池大降77%，完全可以大規(guī)模走向市場(chǎng)。四是該公司明確該款電池開(kāi)始在德國(guó)兩家汽車廠上車試驗(yàn)，并在2015年一季度上市，讓人們看到了電動(dòng)汽車大規(guī)模普及時(shí)代，數(shù)萬(wàn)億美元大產(chǎn)業(yè)開(kāi)席，就在眼前不再遙遠(yuǎn)。五是石墨烯電池淘汰汽油機(jī)，揭開(kāi)了人類環(huán)保新時(shí)代。六是由此我們依稀看到了，更多更高質(zhì)量的石墨烯電池正向我們走來(lái)。

石墨烯動(dòng)力電池成本是關(guān)鍵

目前來(lái)看，石墨烯電池的技術(shù)突破或能為電池產(chǎn)業(yè)乃至電動(dòng)車產(chǎn)業(yè)帶來(lái)全新變革。

就其屬性來(lái)說(shuō)，作為最薄、最堅(jiān)硬、導(dǎo)電性最好且擁有強(qiáng)大靈活性的納米材料，石墨烯可廣泛應(yīng)用于鋰離子電池、超級(jí)電容器及太陽(yáng)能電池等儲(chǔ)能產(chǎn)品中。石墨烯電池廣闊的產(chǎn)業(yè)化前景源于其結(jié)合了鋰離子電池和超級(jí)電容電池的優(yōu)點(diǎn)——功率密度比鋰電池高100倍，能量?jī)?chǔ)存密度比傳統(tǒng)超級(jí)電容高30倍。

但是，石墨烯材料高昂的成本是其難以產(chǎn)業(yè)化的重要成因。2011年，石墨烯在中國(guó)市場(chǎng)的價(jià)格近十倍于黃金，超過(guò)2000元/克，因此，對(duì)石墨烯電池而言，通過(guò)技術(shù)手段縮減成本至關(guān)重要。與很多國(guó)家相比，中國(guó)在石墨烯研究上有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。首先，作為石墨烯生產(chǎn)原料的石墨在我國(guó)儲(chǔ)能豐富，價(jià)格低廉;其次，我國(guó)最新研究成果已基本攻克了石墨烯制造成本問(wèn)題，理論上實(shí)現(xiàn)了從5000元/克到3元/克的跨越，下一步要做的將是結(jié)合市場(chǎng)，向量產(chǎn)推進(jìn)。

可以想見(jiàn)，石墨烯電池實(shí)現(xiàn)突破之日，將是包括電動(dòng)車、手機(jī)、電腦等一切靠電力驅(qū)動(dòng)設(shè)備變革之時(shí)，也必將為人類生活帶來(lái)翻天覆地的變化。

中國(guó)石墨烯及應(yīng)用走在世界前列

石墨烯電池尚未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商用，但科研領(lǐng)域已經(jīng)有了很多嘗試與反饋：2011年，美國(guó)西北大學(xué)以石墨烯和硅為原料研發(fā)一款手機(jī)電池，號(hào)稱每次充電僅需15分鐘，便可讓手機(jī)運(yùn)行一周;近期，美國(guó)科研機(jī)構(gòu)利用鋰離子可以在石墨烯表面和電極之間快速大量穿梭運(yùn)動(dòng)的特性，開(kāi)發(fā)出一種新電池，據(jù)悉，這種新電池可將充電時(shí)間進(jìn)一步壓縮至一分鐘以內(nèi)；特斯拉也正致力于高性能石墨烯電池的研發(fā)，根據(jù)特斯拉CEO埃隆·馬斯克的表態(tài)，若將來(lái)研發(fā)成功，未來(lái)特斯拉電動(dòng)車的續(xù)航里程將達(dá)到800公里，與目前續(xù)航能力相比實(shí)現(xiàn)翻倍增長(zhǎng)，屆時(shí)特斯拉在電動(dòng)車領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)將更加明顯。

值得一提的是，中國(guó)石墨烯及其應(yīng)用研發(fā)走在世界前列，石墨烯電池研發(fā)應(yīng)用并不慢。綜合去年底以來(lái)的消息面看，已經(jīng)有多款石墨烯電池和石墨烯鋰硫電池，都取得了突破性進(jìn)展。尤其是中科院金屬所和金路集團(tuán)合作項(xiàng)目石墨烯鋰硫電池，去年底樣機(jī)已經(jīng)研發(fā)成功，正在后續(xù)完善之中，其主要性能指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)西班牙該款電池。但愿中國(guó)石墨烯動(dòng)力電池時(shí)代早日到來(lái)。

我們一直走在追求電池快充技術(shù)的路上，從未滿足過(guò)。但這次，中國(guó)技術(shù)一定會(huì)讓你一本滿足。就在最近，浙江大學(xué)的科學(xué)家研發(fā)出一種鋁-石墨烯超級(jí)電池，不僅能在極其短暫的時(shí)間內(nèi)迅速充滿電，而且壽命超長(zhǎng)，即使是在-40℃~120℃的溫度范圍內(nèi)，依舊能照常工作。這種超級(jí)電池的關(guān)鍵所在，就是找到了恰到好處的正極材料——石墨烯膜。下面我們分別來(lái)看看，鋁-石墨烯電池在續(xù)航、快充、抗低溫，耐高溫等方面的出色表現(xiàn)：電池續(xù)航。電池之所以不耐用，是因?yàn)殡S著反復(fù)充電，電容量在不斷降低。鋁-石墨烯電池可以做到在經(jīng)歷25萬(wàn)次充電-放電循環(huán)后，充放電效率依舊高達(dá)91%，電容量損失小到可以忽略不計(jì)。如果在智能手機(jī)上使用這種電池，即使每天充電10次，也能用上近70年?？焖俪潆?。鋁-石墨烯電池出色的倍率性能，使得它在大電流下可以迅速充電，同時(shí)還能保證較高的比電容量。它在實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)是1.1秒就能充滿電，比電容量損失輕微。未來(lái)要是使用到智能手機(jī)上，充電5秒鐘，通話2小時(shí)都是小問(wèn)題?？沟蜏?，耐高溫。這一特性大概是最讓蘋果手機(jī)慚愧的。鋁-石墨烯電池能在低至零下40℃的溫度下穩(wěn)定充放電1000次；在高至100℃的溫度下穩(wěn)定充放電45000次，即使電芯暴露于火焰中，也并不會(huì)引起爆炸或起火。柔性強(qiáng)。在10000次彎折后仍能完全保持電容量。目前，關(guān)于鋁-石墨烯電池的論文已發(fā)表在國(guó)際著名期刊《科學(xué)進(jìn)展》上。值得注意的是，今年10月份，美國(guó)萊斯大學(xué)的一支研究團(tuán)隊(duì)也曾研發(fā)出一種超級(jí)電池。以鋰金屬作為陽(yáng)極，給電池里添加瀝青，嘗試了500次充放電循環(huán)實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，這種瀝青鋰金屬電池不僅能加快電池充電時(shí)間，還更加穩(wěn)定，能夠阻礙沉積物的形成，無(wú)燃燒爆炸危險(xiǎn)。“我們能夠在5分鐘之內(nèi)將這種電池從零電量充滿電，完勝其它需要長(zhǎng)達(dá)2小時(shí)甚至更長(zhǎng)充電時(shí)間的電池?！彪姵匮芯宽?xiàng)目實(shí)驗(yàn)室的負(fù)責(zé)人James Tour教授如是說(shuō)。這一研究成果已發(fā)表在《美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)雜志》上。盡管瀝青鋰金屬電池同樣很優(yōu)秀，5分鐘就能充滿，快充能力絕對(duì)趕超其他電池。但對(duì)比之下，中國(guó)的鋁-石墨烯則更勝一籌，各方面性能都要更加出色。讓人遺憾的，10月份的瀝青鋰金屬電池，我們沒(méi)有再看到關(guān)于電池實(shí)際應(yīng)用的后續(xù)新聞，不知道它是否留下了驚鴻一瞥后就匆匆退場(chǎng)了。因此我們希望，這些卓越的新型電池能盡快應(yīng)用到數(shù)碼設(shè)備，尤其是智能手機(jī)中去，而不僅僅是作為學(xué)術(shù)研究，停留在實(shí)驗(yàn)室和書(shū)本里。

石墨烯電池是什么？-第1張圖片-贊晨新材料