03.03 石墨烯,尤其是石墨烯電池的未來前景如何?

震禮


“新材料之王”——石墨烯。要知道它可是人類已知的強度高、韌性好、重量輕、透光率高、導電性佳的新型納米材料,集萬千光芒於一身。

石墨烯聚合電池不僅比能量高而且充電速率快,這正好解決了當今電動汽車電池痛點。傳統電池雖然能通過一些快速充電方案大大降低充電時間,但比起傳統燃油的充入方式,依然需要用戶抱有極大的耐心。

但石墨烯能帶給我們的驚喜,都可以算是“驚嚇”了,比如早在2015年,華為瓦特實驗室在日本第56屆日本電池大會上發佈的一項快充技術,使得一款3000mAh的石墨烯電池僅需充電5分鐘,就可獲得高達48%的電量。

早在2014年,西班牙Graphenano公司就與西班牙科爾瓦多大學,合作研究出了首例石墨烯聚合材料電池,這款石墨烯聚合材料電池比能量超過600Wh/kg,單次完全充電僅需8分鐘以內,簡直就是BUG的存在。

既然石墨烯電池相比鋰電池優點突出,按理說應該收穫更多廠家的青睞才對,但就現今看,幾乎沒有主流廠家採用此類電池。

▲Fisker EMotion採用石墨烯電池材料,充電九分鐘就可以行駛208公里,最大續航里程達到644公里,最高時速為259公里/小時。該車預計在2020年,率先在英國出售。

雖然在此前北美車展上,菲斯克公司推出了一款石墨烯電池汽車Fisker EMotion,但骨感的現實讓多數人理性的認為這僅僅是一款代表前沿技術的概念產品而已。

而且作為早前特斯拉的勁敵之一,菲斯克的迅速隕落,以及近些年在電池技術上的噱頭大過實際,讓我們不得不懷疑這款概念產品的真實性和實用性。

▲菲斯克在不久前宣稱將在2023年量產充電1min行駛800km的固態電池,但其他數據並未公佈。事實上菲斯克的這項技術專利是否通過,我們都不得而知。

而從即將開始的日內瓦車展看,似乎僅有正道汽車和印度Mahindra & Mahindra集團旗下意大利轎跑Pininfarina品牌將會發布石墨烯電池技術汽車,而且後者(Pininfarina HK GT概念車)的電池技術是從合作伙伴正道汽車而來。

單從實驗室角度看,石墨烯能帶來巨大效益車聚君並不懷疑,因為石墨烯電池又被稱為“圈錢利器”或“論文利器”。不信去大學看看就知道了,論文量槓槓的,但真到實用階段,基本都啞火了。

說到啞火,比如上文提到的西班牙Graphenano公司,雖然官方宣稱這款電池有著諸多優點,但在明眼人看來,這更像是言過其實。

一個石墨烯電池的比能量超過600wh/kg,這個表現放在當今都能呈碾壓態勢(比如目前比亞迪磷酸鐵鋰電池的單體能量密度為150~160Wh/kg);

單次完全充電僅需8分鐘以內、單次續航里程可高達1000公里;

使用壽命是傳統氫化電池的四倍,鋰電池的兩倍;

重量僅為傳統電池的一半,且成本比鋰電池低77%。

有趣的是,此前Graphenano公司信心滿滿的公佈:他們計劃於2015年將此電池投入生產,並且計劃與德國四大汽車公司中的兩家電動汽車產品進行試驗。但距今已經過去了4年之久,Graphenano公司和其瘋狂的石墨烯電池再也沒出現在我們的視野中。

從其官網看,最新的新聞基本都是參加國家會議或石墨烯在其他產品上的應用(比如牙科產品)。放著廣闊的電動汽車市場不要,賺醫學用品的錢,要麼就是腦袋秀逗了,要麼就是我們過分高估了他們的產品能力。

雖然新聞中充斥著各種“石墨烯電池”, 但事實上就目前石墨烯在電池上的應用來說,它主要被用於鋰電池中,用於負極材料和用於導電添加劑。即所謂的石墨烯電池,本質上還是屬於鋰電池。

對鋰離子電池來說,石墨烯作為碳基負極材料,是沒有辦法從根本上改變鋰離子電池比能量的數量級。在電池負極裡面代替原來的石墨,雖然可以提升電池的整體容量和充電速度,但性能提升效果有限,並沒到達上文所述那般強勢。

雖然斯坦福大學崔屹教授團隊在Nature Nanotechnology上發表的題目為“Air-stable and freestanding lithium alloy/graphene foil as an alternative to lithium metal anodes”的研究成果,表示包覆的石墨烯材料抑制了多硫化合物與負極的反應,降低了正極硫活性物質的損耗,具有良好的空氣穩定性和循環性能,能量密度約500Wh/kg,但現今這項研究也僅限於前瞻性的理論研究而已,到底能否實現量產前路依然漫漫。


車聚網


謝謝題主的問題!

我現在要十分嚴肅的說石墨烯這個新型材料,首先我承認它是很有前景的材料。它的導熱性和導電性都十分的好,輕便、內阻極低成為科技中非常搶眼的“明星”。


對於“石墨烯電池”,我要打一個大大的問好,首先怎麼定義石墨烯電池?

1、石墨烯單獨用於負極材料?

石墨烯完全用於負極代替石墨,然而我們早知道石墨烯的振實和壓實密度都很低,這顯然不符合電池材料的要求,石墨烯價格昂貴,根本無法量產。

2、與其它新型負極材料?

石墨烯穿插在石墨之間,試圖改善電池在循環中的膨脹問題,不過其實很多材料如如Si/C複合負極材料也能後達到這樣的效果。

3、負極導電添加劑?

如今負極常用的導電劑super p,乙炔黑、VGCF等等,都是非常好的導電材料,其石墨烯沒有太大的優勢。

4、作為正極導電劑,改善倍率和低溫?

電池低溫循環差是一個公共的難題,石墨烯雖然具有良好的導熱性,但還是作用不是很大,而且成本的增加是沒有必要的。


所以我的思考就是基於以上的質疑,石墨烯在電池當中是應用到底在何處?增加複雜工資和設備投入開發值不值得?需要國人思考

如今國人太過於浮躁,出了一個新材料,就覺得天上掉了餡餅,

“忽如一夜春風來,千樹萬樹梨花開”最後大家一鬨而散,什麼都沒看到,所以我們要理智看待石墨烯,和所謂的“石墨烯電池”前景是有的,但任重道遠!

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黃先森的世界


從過去的納米碳管電池技術到現在都石墨烯電池技術,都是在炒作概念,吸引眼球,不但能免費廣告宣傳,更有機會騙去國家的資金支持。深圳布吉關口有一家企業,十幾年前登大幅報紙版面宣傳他們的納米碳管電池取得了技術突破,甚至預言將來的電力火車車頭都會用上他們的電池供電,不用再架設供電線路。然後就偃旗息鼓了,


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