石墨烯電池技術(shù) 是黑科技還是噱頭?
石墨烯因其強(qiáng)大的導(dǎo)電性能而被認(rèn)為是革命性儲能材料。近年來,隨著新能源汽車和移動通訊設(shè)備的發(fā)展,利用石墨烯改進(jìn)、提升動力、儲能電池材料的性能,正成為業(yè)內(nèi)關(guān)注的焦點(diǎn)。
在新能源汽車領(lǐng)域,“石墨烯電池”概念被反復(fù)提及,似乎已成為目前電動汽車電池技術(shù)的突破口。石墨烯技術(shù)電池被稱為是“里程碑式的黑科技”,號稱能夠延長續(xù)航里程、電池壽命,同時縮短充電時間。
然而一直以來,伴隨著追捧,爭議也從未間斷。處在風(fēng)口浪尖的“石墨烯電池”到底是概念炒作,還是真的將迎來市場化契機(jī),仍需要客觀看待。
“石墨烯電池”不存在
石墨烯材料與傳統(tǒng)電池材料混合,能夠顯著提升電池充放電、循環(huán)壽命等,它也成為動力電池企業(yè)在新一輪市場競爭中的制勝點(diǎn)。
不可否認(rèn),石墨烯應(yīng)用工藝創(chuàng)新、研發(fā),一直是制約我國電池相關(guān)行業(yè)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級的難題。
石墨烯若能真正有效提升動力電池容量、實(shí)現(xiàn)快速充電,它將直擊動力電池大規(guī)模推廣的痛點(diǎn),而且對鉛酸電池行業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級具有重要意義。從這個層面來看,動力電池或?qū)⑹鞘┮?guī)模化應(yīng)用的契機(jī)。
對全國石墨烯產(chǎn)業(yè)進(jìn)行調(diào)研、考察后,我們發(fā)現(xiàn),將石墨烯作為基礎(chǔ)材料添加到現(xiàn)有各類電池材料中,已成為國內(nèi)各主流電池企業(yè)的普遍做法。
石墨烯在電池領(lǐng)域的應(yīng)用形式,無外乎三種:一是直接作為正/負(fù)極材料;二是作為導(dǎo)電添加劑,添加到正/負(fù)極電極材料中,或?qū)﹄姌O材料進(jìn)行復(fù)合改性處理,提高電極導(dǎo)電性和充放電倍率;三是作為集流體或集流體涂層,用于提高電池功率特性。
目前,石墨烯在鋰離子電池上的應(yīng)用主要采取后兩種方式。
因?yàn)槭┲苯幼鳛樨?fù)極材料時,其表面特性容易受外界影響,穩(wěn)定性極差,存在首次效率低下等問題,難以滿足鋰離子電池性能需求。
鋰離子電池作為新能源汽車戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的重要組成部分,是投資者爭相關(guān)注的熱點(diǎn),部分群體進(jìn)行炒作在所難免。但是準(zhǔn)確地講,當(dāng)前并沒有所謂的“石墨烯電池”。
此前,東旭光電生產(chǎn)出了“烯王”電池,但是它并沒有將旗下任何一款電池產(chǎn)品定義為“石墨烯電池”。
之前,華為生產(chǎn)的石墨烯鋰電池曾一度爆熱。但是在公開資料中,石墨烯只是作為華為該款電池的散熱材料,用于提升鋰離子電池散熱性能,并沒有直接使用石墨烯材質(zhì)制作電池主體。
石墨烯確實(shí)能夠提高電池性能,但是它在電池材料中主要是作為輔助材料 (添加劑) 使用。作為 21 世紀(jì)最具創(chuàng)新價(jià)值的新材料,石墨烯在汽車電池領(lǐng)域具備很好的應(yīng)用潛力。
石墨烯將大有可為
作為目前最薄、最堅(jiān)硬、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能最強(qiáng)的一種新型納米材料,自 2004 年問世以來,石墨烯就一直處于科研前沿,備受關(guān)注。
石墨烯產(chǎn)業(yè)應(yīng)用最大的領(lǐng)域是復(fù)合材料。復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)體量非常大,應(yīng)用范圍非常廣泛,從軍用到民用。它也能與未來的新能源汽車、無人飛機(jī)、電動游艇的制造材料相配合。
在汽車的每個細(xì)分產(chǎn)業(yè),石墨烯都蘊(yùn)藏著巨大的市場與商機(jī)。
以動力電池領(lǐng)域?yàn)槔,石墨烯是具有良好?yīng)用前景的鋰離子電池正負(fù)極材料。同時,石墨烯聚合材料電池的重量僅為傳統(tǒng)電池 50%,成本將比鋰電池低 77%。
石墨烯加入到鋰電動力電池內(nèi),能將電芯內(nèi)阻減小至最小,有效地解決了阻礙鋰電池產(chǎn)品快速充電的技術(shù)瓶頸,同時大大延長電池使用壽命。
從性能來看,石墨烯鋰電池充電一次,耗時不超過 10 分鐘;單位質(zhì)量的鋰電池容量,從目前的約 0.1 千瓦時/千克,提高到了 1-15 千瓦時/千克,電池重量也可降低 90% 以上。
石墨烯材料從實(shí)驗(yàn)室到工程化應(yīng)用,再到商業(yè)化,還有很長的路要走,更需要做好石墨烯及其改性材料在工業(yè)產(chǎn)品中的首批次示范應(yīng)用。
石墨烯在動力電池上的應(yīng)用,要以市場需求為牽引,聚焦、破解關(guān)鍵技術(shù)和突出問題;聚集產(chǎn)、學(xué)、研、用等創(chuàng)新要素,搭建更寬廣的全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展和創(chuàng)新平臺;并積極與新能源整車企業(yè)開展合作。
在電動物流車、運(yùn)輸車、出租車及其它專用車的電池配套產(chǎn)品開發(fā)、市場開拓、資本合作等方面,實(shí)現(xiàn)強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合,將助推石墨烯材料在新能源領(lǐng)域的應(yīng)用。
未來,整個產(chǎn)業(yè)需要穩(wěn)步推進(jìn),實(shí)現(xiàn)石墨烯材料應(yīng)用市場的開發(fā),將石墨烯打造為提升傳統(tǒng)產(chǎn)品性能的“味精”,以及加快下游產(chǎn)業(yè)升級的“維生素”,進(jìn)而做大、做強(qiáng)中國工業(yè)。
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