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上海石墨烯粉體技術:石墨烯電池的續航問題能解決嗎?

2020-11-12 17:29:41

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  內容概述:石墨烯&石墨概念,石墨烯電池的特點與原理,以及普及的可能性解析。原文:《石墨烯電池能解決「續航焦慮」問題嗎?》 免責申明:內容來源于網絡有疑問聯系刪除

  【石墨烯電池】被少數業內人士認定為「未來之光」。原因為此類電池具備極高的穩定性與能量密度,甚至可以實現利用自然界的溫度(熱能)充電;如果這種材料真的可以普及,可以說這種電池將會顛覆整個現有技術甚至文明,深空航行也不再是夢想。

  然而這種概念聽起來就像是做夢,以現階段的技術水平和材料學的瓶頸,想要讓這種電池普及的概率可以說是微乎其微。

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  01石墨概念【石墨碳素】是一種化學性質比較穩定,且不溶于水以及低濃度酸堿與有機溶液的物質;這種材料具備非常非常理想的額導電性,作為電池的導電材料是可以使用的。現階段很多價格低廉的所謂是“石墨烯電池”,其本質100%是用的普通石墨,這兩種材料雖然指差了一個字,但是概念與性能卻完全不能相提并論。

  【石墨烯】為標準的「二維碳材料」,所謂的二維就是指平面世界。這種材料是由碳原子以sp的軌道組成的六角型蜂巢狀,晶格(網格)狀態的二維納米級材料,這是什么概念呢?

  如果讀過《三體》的話,結構強度達到令人無法想象的程度,在材料學科技水平達到極限的程度下,以高強度材料打造的水滴,用原始的碰撞方式即可達到最理想的破壞效果。這就是全部用原子級別材料打造的產物的水平,以目前的技術確實能夠做到,但怕是傾盡很多國家的財力都造不出個像模像樣的“大水滴”。

  知識點1:以碳原子排列編織的石墨烯可不是普通的石墨粉,在制造“納米絲”都難以承擔高成本的前提下;這種單原子厚度的材料的制造成本是更加難以控制,因為對于工藝與技術的要求是極其極其嚴格的。

  所有石墨烯材料是以【克】為單位計算價格,普通的石墨烯每克成本會是鉑金的幾十倍;這就決定了在汽車領域不可能使用這種材料,但是在尖端技術領域倒是很有價值。

  知識點2:「熱能發電」是石墨烯電池的神奇之處。在正常的室溫環境中電池電解液也會存在熱能,其中的銅離子以雙重正電荷為基礎,以300m/1s的速度撞擊石墨烯帶會產生相當大的能量。

  而這種能量就足以撞擊電子使其離開石墨烯帶,而電子會選擇“阻力更小”(低于電解液)的石墨烯,以此就能形成電流。所以理論上只要能制造出便宜的石墨烯電池,電動汽車曬會太陽就能跑上幾百公里;然而材料學的突破是真的是太難,似乎短期內這種電池只能用于航天領域。

  02用戶剛需【續航里程&價格可控】才是汽車用戶的真正需求,用石墨烯制造電池會有難以想象的續航能力,但是電池組的價格似乎就能買一串“豪車”了。所以這種電池的普及概率幾乎沒有,真正能解決目前問題的應當是磷酸鐵鋰電池。

  這種電池的制造成本比現階段的NCM鎳鈷錳電池低很多,標準可以下探接近五分之四;那么這種電池就只剩下能量密度低的缺點了,不過新技術也已經解決了。

  「體積能量密度」是磷酸鐵鋰電池重回第一線的基礎。主流的圓柱形三元鋰電池的空間利用率很差, 因為每四節成組后就會出現一道縫隙,小小的電池包會被電池組浪費大量的空間。

  然而全新鐵電池連普通塊狀結構都不用了,直接升級為片狀長條形結構(刀片電池);封裝采用疊片式工藝,小小的電池包空間內幾乎充滿70%的電芯,剩余部分是控制系統的硬件與線束。

  相比圓柱電池而言,片狀鐵電池雖然目前仍采用系統能量密度140Wh/kg的低標準選項,但是實際裝車的容量卻能夠大很多,綜合制造成本的下探則必然會大幅提升續航能力,或者出現一些續航中規中矩但是價格很低的電動汽車。這才是用戶的真正的需求,所以技術可以非常先進,但也要貼合實際才好。


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