一文了解石墨烯电池为什么没投入市场

如果从实验室角度看,这些数据我并不十分怀疑,因为石墨烯电池又被称为“圈钱利器”或“论文利器”。不信去大学看看就知道了,研究这东西很好发文章,但真到实用阶段,基本都哑火了。

石墨烯被研究者和各大媒体誉为“新材料之王”,是人类已知强度高、韧性好、重量轻、透光率高、导电性佳的新型纳米材料,但石墨烯电池为什么没有取代锂电池成为电动车的电池?

集万千光芒于一身的石墨烯聚合电池,有着比能量高、充电速率快等优点,正好是当今电动汽车的痛点所在。比如早在2015年,华为瓦特实验室在日本第56届日本电池大会上发布的一项快充技术,这款3000mAh的石墨烯电池仅需5分钟,就可获得高达48%的电量。

更有甚者,早在2014年,西班牙Graphenano公司就与西班牙科尔瓦多大学,合作研究出了首例石墨烯聚合材料电池。

按他们的说法,这款电池有着诸多优点:

1、一个石墨烯电池的比能量超过600wh/kg,储电量是当时市场最好产品的三倍,这个表现放在当今都能呈碾压态势(比如目前比亚迪磷酸铁锂电池的单体能量密度为150~160Wh/kg、特斯拉最新的21700电池系统的能量密度在300Wh/kg左右);

2、单次续航里程可高达1000公里;

3、单次完全充电仅需8分钟以内;

4、使用寿命是传统氢化电池的四倍,锂电池的两倍;

5、重量仅为传统电池的一半;

6、Graphenano表示,此款电池的成本比锂电池低77%。

一文了解石墨烯电池为什么没投入市场

如果从实验室角度看,这些数据我并不十分怀疑,因为石墨烯电池又被称为“圈钱利器”或“论文利器”。不信去大学看看就知道了,研究这东西很好发文章,但真到实用阶段,基本都哑火了。

事实上就目前石墨烯在电池上的应用来说,主要是和硅结合,所谓的石墨烯电池,本质上还是属于锂电池。

那么石墨烯可以在锂电中充当什么角色呢?对其研究的有正极活性材料,负极活性材料,以及导电剂。如果石墨烯充当正极,电压要比三元、铁锂低很多,根本不占优势。负极活性材料呢,即便是其能达到其理论值750mAh/g的比容量,其相对于研究比较活跃的硅负极(4200mAh/g)或者锡(900mAh/g)负极要低很多,而且石墨烯本身存在着缺陷,这样虽然可以嵌入很多锂,但是没办法脱嵌,这样就导致了一个很严重的问题:首次不可逆容量低。

打个比方,如果我们以全电池磷酸铁锂(175mAh/g)为正极,石墨烯为负极,如果首次效率为60%的话,磷酸铁锂就变为了105mAh/g,能量密度迅速下降,损失很多不必要的锂。

若在电池负极里面代替原来的石墨,虽然可以提升电池的整体容量和充电速度,但性能提升效果有限,并没到上文所述那般强势。

当然,这并不是阻碍石墨烯电池面市的主要原因,量产化困难的主要原因在其内部。

1、 全石墨烯电池成本十分高昂,而且制备难度大,几乎不可能量产。现在公布的一些惊人数据基本都来自纯度极高的石墨烯电池,仅出现在概念阶段或实验室内;

2、 “掺杂石墨烯电池”在锂电池上的作用是导电剂或电极嵌锂材料,但与传统的导电碳和石墨低廉的成本相比,前者带来的性能提升不足以吸引各厂家;

3、 石墨烯材料本身具有的高比表面积等性质,与现在的锂离子电池工业的技术体系无法相容;

4、 除此之外,比如其他材料的冲击(比如硅在做负极上有着更高的理论容量)和分散工艺难度高等问题,都制约着它在锂电池上的应用。

总之,首先要说明的是,石墨烯电池取代锂电池在中短期内基本是不可能的;“掺杂石墨烯锂电池”虽然有着一定的应用前景,但收效并不大,完全不足以撼动现今的格局。

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