首页 > 汽车 > 正文

充电8分钟续航300公里?“神奇材料”石墨烯电池目前仍处于实验阶段,仅作为辅助材料运用于电池中

来源: 文化视界 2021-01-04 10:14:49
  石墨烯电池真的要来了?充电8分钟,续航300公里!2020年底,某厂商电动车将采用石墨烯电池的消息又见诸网端,石墨烯究竟有什么神奇之处?石墨烯电池真的能被成熟应用了吗?

  石墨烯电池真的要来了?充电8分钟,续航300公里!2020年底,某厂商电动车将采用石墨烯电池的消息又见诸网端,石墨烯究竟有什么神奇之处?石墨烯电池真的能被成熟应用了吗?今天,我们就来聊一聊这件事儿。

充电8分钟续航300公里?“神奇材料”石墨烯电池目前仍处于实验阶段,仅作为辅助材料运用于电池中

  在很长的一段时间里,石墨烯和量子技术一样,一直是被过度炒作的焦点,各种石墨烯纤维、石墨烯内裤等产品层出不穷,一次次刷新着我们的底线。其实,作为一种新材料,石墨烯材料其实并不像大家想得那么玄乎。

充电8分钟续航300公里?“神奇材料”石墨烯电池目前仍处于实验阶段,仅作为辅助材料运用于电池中

石墨烯样品(图片来源于网络)

  我们先说石墨烯在电池负极材料上的应用:石墨烯能和硅基材料搭配起来制成一种硅碳负极材料,大幅提升电池负极材料的容量,比容量将达到现有石墨负极材料的几倍。

充电8分钟续航300公里?“神奇材料”石墨烯电池目前仍处于实验阶段,仅作为辅助材料运用于电池中

  其实,电池的充放电过程就像一个装卸货的过程,货物是锂离子/原子,充电时,正极放出多少锂原子,负极就要装下多少锂原子,放电过程则与之相反,单位质量正负极材料能够容纳的锂原子/离子数量就是比容量。

充电8分钟续航300公里?“神奇材料”石墨烯电池目前仍处于实验阶段,仅作为辅助材料运用于电池中

  目前,三元锂电池的正极材料比容量最高只能做到200mAh/g左右,从NCM523电池到NCM811电池,镍含量不断提高,就是为了提升正极材料的比容量;锂电池负极材料则一般采用石墨,比容量的理论上限在370mAh/g左右。

充电8分钟续航300公里?“神奇材料”石墨烯电池目前仍处于实验阶段,仅作为辅助材料运用于电池中

  乍一看,负极材料的比容量还算富裕,但是换一个思路想想,既然电池里面的空间有限,如果把负极材料的比容量拼命提高,不就可以减少负极材料的总量,把剩下来的空间全部用来塞正极材料了吗?要知道,目前已经攻克的石墨烯硅碳负极材料容量已经达到了1000mAh/g以上。

充电8分钟续航300公里?“神奇材料”石墨烯电池目前仍处于实验阶段,仅作为辅助材料运用于电池中

  更重要的是,电池中正极材料密度比负极材料大多了(电极材料压实密度参考值:钴酸锂4.15 g/cm³;人造石墨1.5 g/cm³;磷酸铁锂2.2 g/cm³;硅碳复合材料1.4 g/cm³),结合这些数据,简单计算一下你就会发现,用硅碳负极材料取代石墨后,竟然还能往电芯里塞下近一倍重量的钴酸锂材料,这意味着,一台特斯拉Model 3的续航里程几乎能达到1000km了,到那时,你还会考虑燃油车吗?

充电8分钟续航300公里?“神奇材料”石墨烯电池目前仍处于实验阶段,仅作为辅助材料运用于电池中

  另外,石墨烯最大的优势是具有超高的导热性与导电性,这里有两个知识点,石墨烯是目前已知材料中,导热性能最好的材料(5000W/mK),同时也是电阻率最低的材料(10^(-6)Ω·cm)。

充电8分钟续航300公里?“神奇材料”石墨烯电池目前仍处于实验阶段,仅作为辅助材料运用于电池中

三星研发的石墨烯球(显微结构)

  在现有的锂电池看来,石墨烯简直就是一种天降的神奇材料。比如三元锂电池非常怕热,在温度达到200℃后,正极材料就会发生崩解而引发热失控甚至起火;磷酸铁锂电池怕冷,温度降低正极材料析锂能力下降明显,冬季续航腰斩让车主崩溃。面对这些问题,石墨烯不愧为一剂良药。

充电8分钟续航300公里?“神奇材料”石墨烯电池目前仍处于实验阶段,仅作为辅助材料运用于电池中

  配合电池组的热管理系统,石墨烯是最理想的导热介质,能非常高效的实现电芯内部的增温降温。另外,石墨烯还能提升电池正负极的导电性能,想要提升电池充电速度,提高电池放电功率,石墨烯也是最好的补品。

充电8分钟续航300公里?“神奇材料”石墨烯电池目前仍处于实验阶段,仅作为辅助材料运用于电池中

  比如,2020年中,国内有汽车厂商披露了该公司在石墨烯电池研发工作方面的进展,在当年年底完成石墨烯电池实车量产测试,运用石墨烯技术的电池将能在8分钟充满80%电量,同时可实现充电10分钟、续航200-300公里。

充电8分钟续航300公里?“神奇材料”石墨烯电池目前仍处于实验阶段,仅作为辅助材料运用于电池中

  不过,达成这些数据的实验条件外界是不得而知的,是否放在现实场景中?是否基于实际的量产车型?是否采用标准的NEDC续航测试方法?是否采用了标准充电桩?……唯有放在接近现实场景下测试出的充电时间才是一个能让消费者进行参考的数值。

  不过,目前电池行业内部对于何为石墨烯电池尚未有明确的定论,毕竟,现阶段石墨烯仅仅是作为一种辅助材料运用于电池中,要是仅仅为了营销噱头拼命把产品和石墨烯联系到一起,那其实是对技术研发的亵渎。

充电8分钟续航300公里?“神奇材料”石墨烯电池目前仍处于实验阶段,仅作为辅助材料运用于电池中

2018年,美国公司Fisker曾发布了名为Fisker-EMotion的电动车,据称采用电池采用了石墨烯技术的Fisker-EMotion在快充模式下,9分钟内可获得160公里的续航里程,但这款车已经没有后续消息了。

  另外,石墨烯运用比较大的瓶颈还有价格因素。现在广泛采用的负极材料——石墨的单价在5000元左右,计价单位是吨,而高品质的石墨烯的单价也是5000元左右,不好意思,计价单位是克。如今,随着制备工艺的不断改进成熟,近几年,石墨烯的价格坐上了滑梯,一路走低。

充电8分钟续航300公里?“神奇材料”石墨烯电池目前仍处于实验阶段,仅作为辅助材料运用于电池中

在中国人面前,价格从来不是问题。同样都是“碳”,曾经的人造钻石也是天价,直到中国人入场了,河南省承包了全球90%以上的人造钻石生产,人造钻石直接成了“白菜价”。

  其实,作为一种新材料,石墨烯凭借出色的材料特性,一直占据着高光,却不幸被一些行业抓来当做了噱头,在热度之下,提升电池容量和功率最重要的途径依然是提升正极材料性能,同时,半导体功率元件、热管理系统都是木桶的一块板,不可偏废,没有任何一种技术是真正的“万金油”。

[ 责任编辑:陈雅雯 ]

相关阅读