石墨烯行业标准制定者

Standard setters for graphene industry

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石墨烯电池分析:石墨烯电池到底是噱头还是真的有价值

石墨烯被称为“新材料之王”,被认为将引起一场颠覆世界的技术革命,其应用于电池材料更是众望所归,却一直无人成功。

 

以石墨烯的特性,应用于电池上,将会有非常强悍的表现,比如石墨烯电池手机,5分钟充满3000mAh,石墨烯电池汽车一次充电8分钟,可行驶1000公里等等。结合这些热门的应用,做出石墨烯电池分析文章,这些石墨烯电池分析将指出目前的瓶颈及发展前景,综合性讨论石墨烯电池研究现状及分析。当然,石墨烯应用于电池,还有个关键因素,那就是石墨烯价格。这个是硬性条件,价格下不来,始终无法普及。

石墨烯电池片

不过近日我们看到了一项重大的技术突破,该技术可能会影响到我们目前的生活现状。这项技术推出的石墨烯电池专用于手机和平板电脑,拥有快速充电能力。虽然容量只有4800毫安,但充电时间仅需要13~15分钟。谈到产能,这项技术将可能被世界上的几乎每个行业所应用,所以产量至少得是传统锂电池的10倍或一个数量级。石墨烯电池的主要优势之一是它的惰性结构,能够在火中不发生爆炸。

石墨烯电池

其实在手机电池这块,华为的石墨烯电池分析及研究就一直在网上炒作,时隔这么长的时间,还是没有研究出结果,之前华为瓦特实验室在第56届日本电池大会上发布了5分钟充满3000mAh电池48%电量的快充技术成果,其中,荣耀Magic,就是搭载了这项技术。但遗憾的是,这只是石墨烯技术,而非石墨烯电池。

华为石墨烯技术快充电池

在汽车领域,电动化在世界范围内形成潮流,不管是传统车企也好,“野蛮”入局的新兴企业也好,都纷纷布局电动汽车市场。正如燃油车最重要的是发动机,电动汽车最重要的非电池莫属!电动汽车行业能发展到何种程度全依赖电池技术的先进程度。而这些也都离不开石墨烯电池分析和研究。

石墨烯新能源汽车

通常我们说得最多的动力电池主要包括磷酸铁锂电池、锰酸锂电池以及三元锂电池,这三种电池各有优缺点:三元锂:优点:能量密度高、振实密度高。缺点:安全性差、耐高温性差、寿命差、大功率放电差、元素有毒(三元锂电池大功率充放电后温度急剧升高,高温后释放氧气极易燃烧)。

 

磷酸铁锂:优点:寿命长、充放电倍率大、安全性好、高温性好、元素无害、成本低。缺点:能量密度低、振实密度低(体积密度)。

 

锰酸锂:优点:振实密度高、成本低。缺点:耐高温性差,锰酸锂长时间使用后温度急剧升高,电池寿命衰减严重。尽管目前市面上不存在集“能量密度高、耐高温低温、循环寿命长、安全性好、成本低”于一体的电池,但科技始终在进步,近年来有许多“实验室技术”取得了突破性进展。接下来盘点最近的前沿电池科技,这其中也许就有未来将普及的新一代电池。(排名不分先后哦)

 

NO.1 新型石墨烯电池充电7秒钟续航35公里有这么一种电池,一次充电时间只需8分钟,可行驶1000公里……这种电池就是石墨烯电池,也被唤作“超级电池”。事实上,为了找到理想材料,科学家可是费尽了心思,无数次的进行石墨烯电池分析和研究。终于,中科院研究发现,氮掺杂有序介孔石墨烯的性能表现最佳。优势:实现高能量密度、高功率密度;而且还可以通过使用水基电解液,做到无毒、环保;价格低廉、安全可靠。但是,该石墨烯电池号称充电7秒钟,续航35公里,可想而知对充电功率的要求会极高!从实验室到工厂再到市场,它还有很远的路要走。

 

NO.2 自主研制的锂硫电池达到国际领先水平锂硫电池的优势:原料储量丰富、环境友好、成本低廉的高比能量二次电池。最接近实用化的下一代二次电池技术。锂硫电池的缺陷:单质硫是绝缘性材料、电极反应活性低且易流失。为解决这一系列难题,大连化学物理研究所加强对石墨烯电池分析报告,先后研制出高性能电池关键材料和关键部件,开发出大容量锂硫电池及电池组技术。据第三方检测报告显示,该研究组研制的35Ah电池的比能量达到566Wh/kg(25℃测量),39Ah电池的比能量达到616Wh/kg(50℃测量),1kWh锂硫电池组的比能量达到332Wh/kg。这是迄今世界上比能量最高的锂硫电池和电池组。

 

NO.3 “可呼吸”的钠二氧化碳电池“可呼吸”电池的初级版本是锂-氧气电池:以金属锂作负极,正极为由碳、贵金属或过渡金属氧化物等构成的空气电极,放电时从空气中获取氧气,充电时再放出氧气,因此被称为“可呼吸”电池。在此基础上,南开大学化学学院以钠金属片为负极,四甘醇二甲醚处理过的多壁碳纳米管为正极,成功研发出“可呼吸钠-二氧化碳电池”电池,不仅原料丰富、制备方便,同时,将二氧化碳变废为宝,实现了资源化利用。优势:钠-二氧化碳电池具有高达1100Wh/kg的理论比能量,可循环200次而无明显衰减,具备很好的可逆充放电活性和稳定性。

 

NO.4 剑桥大学锂-空气电池:充电超2000次能量密度提高10多倍锂-空气电池一直被业界誉为“终极电池”,其能量密度能达到锂离子电池的十倍。优势:剑桥大学开发出的锂-空气电池模型蓄电能力约为3000Wh/kg,是现有锂离子电池的约8倍,循环充放电上千次,首次循环充放电效率高达93%。不过,目前这项技术还处于实验室阶段,还需要不断地对石墨烯电池分析,研究人员也表示“商品化还需要至少10年”。

 

NO.5 半固态锂液流电池成本仅为三分之一半固态电池是由美国麻省理工学院的研究人员与一家名为24M的衍生公司合作研制出的一种新型半固态液流电池。优势:每单位体积传递的电力是传统电池的10倍;制造成本为现有电池成本的三分之一;充电一次,电动汽车可行驶300公里;易回收利用。劣势:原理和结构与现在的电池完全不同,生产线设计、质量控制、测试标准、量产工艺这些东西都得从头摸索。业内专家普遍认为,如果最后量产成功了,这个成就可与当年索尼发明锂离子电池相提并论。

 

NO.6 新型电池将使电池寿命提升400倍美国研究人员发明了一种以金纳米线为材料的新型电池,可以反复充放电数万次。这一突破可能使生产寿命超长甚至终生无需更换的商业电池成为现实。纳米线的优势:结构极小,导电性极强,有很大的表面积以完成电荷的传输和存储。纳米线的缺点:极其脆弱,难以承受反复充放电和卷绕。为了解决这个问题,美国加利福尼亚大学尔湾分校研究人员同样对石墨烯电池分析和研究,先为金纳米线罩上一层二氧化锰外壳,然后将其卷绕在一起,置入用类似树脂玻璃材料构成的电解质中。事实证明,这种设计十分稳定有效。研究人员在3个月中进行了20万次充放电循环。没有出现电池储电能力下降或纳米线折断的情况。

 

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