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充电5分钟行驶300公里?浅谈石墨烯电池在汽车上的应用

2018-08-06 18:23 作者: 吴梦遥

今天小编看新闻的时候发现这样一则消息“近年来,纯电动汽车的快充技术不断发展,“1个小时充满80%的电量”“30分钟充满80%电量”“20分钟充满80%电量”……未来的3~5年,纯电动汽车只要充电5分钟就能充满80%电量,大约能行驶300公里”,这一消息无疑是给电动车行业打了一针鸡血。而实现充电5分钟行驶300公里需要什么样的技术或是材料呢?相信您也略有耳闻,那就是——石墨烯电池。我们知道电动汽车最大的一个弊端,也是让很多人接受不了的就是充电慢问题。而石墨烯的出现将会彻底改变这一现状。那今天小编就跟大家聊一聊关于石墨烯这点事儿。

什么是石墨烯电池

石墨烯粉末

石墨烯电池其实并不是真正的电池,而是一种新材料超级电容。它利用锂离子在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性,开发出的一种新能源电池。

石墨烯

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。集万千光芒于一身的石墨烯聚合电池,有着能量高、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。

锂电池

在电动车当中,电池、电机、电控是核心,而其中的电池则是核心中的核心,电池作为动力能量以及全车电力的来源,担当着十分重要的角色。目前,电动车主流的电池都是采用锂电池,这种电池能量密度适中,而且也较为成熟,制造成本也比较有优势。但是,锂电池也有非常致命的弱点,比如,安全性差,容易引发火灾;比如,充电速度慢,最快也要几个小时。不仅如此,锂离子电池的内部阻抗高。因为锂离子电池的电解液为有机溶剂,其电导率比镍镉电池、镍氢电池的水溶液电解液要低得多,所以,锂离子电池的内部阻抗比镍镉、镍氢电池约大11倍。如直径为18mm、长50mm的单体电池的阻抗大约达90mΩ。除此之外,锂电池工作电压变化较大。比如电池放电到额定容量的80%时,镍镉电池的电压变化很小(约20%),锂离子电池的电压变化较大(约40%)。对电池供电的设备来说,这是严重的缺点,但是由于锂离子电池放电电压变化较大,也很容易据此检测电池的剩余电量。

新型石墨烯薄膜锂离子电池

石墨烯的由来与优势

2004年,英国物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫成功从石墨中分离出石墨烯,两人也因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。这是人类首次分离出石墨烯,它也即将成为硅的替代品,也被人们称之为“黑金”,之所以如此,是因为它是世界上目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的纳米材料,并且几乎是透明的存在,可以完美的制作成如透明的触摸显示屏、发光板和太阳能电池板。

石墨烯的应用前景

虽然近两年石墨烯被大肆宣扬,但是实际上其发现前景还不是很乐观,特别是电池行业,走入人们的生活恐怕还需要很长时间。

电解膜快速分离氧化石墨烯

1、  商业化要考虑的首要问题就是成本,在锂电池中石墨烯主要起到的作用与传统碳/石墨的作用是相似的,一是导电剂,二是可能做电极嵌锂材料,但是原料价格相差成千上万倍。

2、  工艺繁琐,后处理污染严重,石墨烯比表面积大,受化学状态影响巨大,批次稳定性,循环寿命等众多细致因素限制,生产工艺及其复杂,而且石墨烯生产需要用到大量的硫酸,后处理也很麻烦。

3、  石墨烯是可以做导电剂促进快充放,虽然理论上可以提高倍率性能,但是如果分散工艺不到位混料不均,可能性质反倒下降,得不偿失。

写在最后

对于石墨烯电池现阶段所谓的实验成功,其实都是在不计成本的情况下,虽然这也是电池产业的一个新的发展点。但是从现在开始等的话可能要等到您失去信心了。并且电动汽车电池的基本诉求有三点:充电快、容电量大、耐用性强。而石墨烯目前也仅仅是满足了充电快这点,石墨烯电池用于电动车行业确实还需要时间。

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