石墨烯電池是什么？

admin 2023年12月01日 15:26 136 0

石墨烯能量密度超過600wh/kg，是目前使用鋰電池的約5倍；一次充電時間只需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，完全適合汽車動力需求，并遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越現(xiàn)行汽油發(fā)動機(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。四是該公司明確該款電池開始在德國兩家汽車廠上車試驗(yàn)，并在2015年一季度上市，讓人們看到了電動汽車大規(guī)模普及時代，數(shù)萬億美元大產(chǎn)業(yè)開席，就在眼前不再遙遠(yuǎn)。五是石墨烯電池淘汰汽油機(jī)，揭開了人類環(huán)保新時代。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。

石墨烯動力電池成本是關(guān)鍵

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

就其屬性來說，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、超級電容器及太陽能電池等儲能產(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電容電池的優(yōu)點(diǎn)——功率密度比鋰電池高100倍，能量儲存密度比傳統(tǒng)超級電容高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，石墨烯在中國市場的價格近十倍于黃金，超過2000元/克，因此，對石墨烯電池而言，通過技術(shù)手段縮減成本至關(guān)重要。與很多國家相比，中國在石墨烯研究上有獨(dú)特優(yōu)勢。首先，作為石墨烯生產(chǎn)原料的石墨在我國儲能豐富，價格低廉;其次，我國最新研究成果已基本攻克了石墨烯制造成本問題，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，向量產(chǎn)推進(jìn)。

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

中國石墨烯及應(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)動的特性，開發(fā)出一種新電池，據(jù)悉，這種新電池可將充電時間進(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)，若將來研發(fā)成功，未來特斯拉電動車的續(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，屆時特斯拉在電動車領(lǐng)域的優(yōu)勢將更加明顯。

值得一提的是，中國石墨烯及其應(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)超過西班牙該款電池。但愿中國石墨烯動力電池時代早日到來。

我們一直走在追求電池快充技術(shù)的路上，從未滿足過。但這次，中國技術(shù)一定會讓你一本滿足。就在最近，浙江大學(xué)的科學(xué)家研發(fā)出一種鋁-石墨烯超級電池，不僅能在極其短暫的時間內(nèi)迅速充滿電，而且壽命超長，即使是在-40℃~120℃的溫度范圍內(nèi)，依舊能照常工作。這種超級電池的關(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?？焖俪潆姟ｄX-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。未來要是使用到智能手機(jī)上，充電5秒鐘，通話2小時都是小問題?？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，美國萊斯大學(xué)的一支研究團(tuán)隊(duì)也曾研發(fā)出一種超級電池。以鋰金屬作為陽極，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間，還更加穩(wěn)定，能夠阻礙沉積物的形成，無燃燒爆炸危險(xiǎn)?！拔覀兡軌蛟?分鐘之內(nèi)將這種電池從零電量充滿電，完勝其它需要長達(dá)2小時甚至更長充電時間的電池?！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。這一研究成果已發(fā)表在《美國化學(xué)學(xué)會雜志》上。盡管瀝青鋰金屬電池同樣很優(yōu)秀，5分鐘就能充滿，快充能力絕對趕超其他電池。但對比之下，中國的鋁-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)室和書本里。

石墨烯電池是什么？-第1張圖片-贊晨新材料