首例石墨烯聚合材料电池
石墨烯被研究者和各大媒体誉为“新材料之王”,是人类已知强度高、韧性好、重量轻、透光率高、导电性佳的新型纳米材料。
年,西班牙Graphenano公司就与西班牙科尔瓦多大学,合作研究出了首例石墨烯聚合材料电池。按他们的说法,这款电池有着诸多优点:
1.一个石墨烯电池的比能量超过wh/kg,储电量是当时市场最好产品的三倍,这个表现放在当今都能呈碾压态势(比如目前比亚迪磷酸铁锂电池的单体能量密度为~Wh/kg、特斯拉最新的电池系统的能量密度在Wh/kg左右);
2.单次续航里程可高达公里;
3.单次完全充电仅需8分钟以内;
4.使用寿命是传统氢化电池的四倍,锂电池的两倍;
5.重量仅为传统电池的一半;
华为快充技术
在年,华为瓦特实验室在第56届日本电池大会(The56thBatterySymposiuminJapan)上发布了5分钟即可充满0mAh电池48%电量的快充技术成果。
高温环境下的充放电测试表明,同等工作参数下,该石墨烯助力的高温锂离子电池的温升比普通锂离子电池降低5℃;60°C高温循环次,容量保持率仍超过70%;60℃高温存储天,容量损失小于13%
石墨烯电池技术
在了解石墨烯电池之前,我们先回顾一下传统电池技术!
传统电池技术通常由两个电极组成(不可充电电池),这两个电极允许电流仅通过中间电解质在一个方向上流动。二次(可充电)电池仍然由两个电极组成,但锂离子可以在两个方向上流动,这取决于充电还是放电。阳极通常是锂基(金属氧化物)化合物,阴极是多孔碳。阴极和阳极都具有带有限定孔的刚性结构,这允许在施加电流时将锂离子吸收到孔中。当没有施加电流时,离子解吸到电解质溶液中。锂离子的吸收可以在阳极和阴极上发生。当使用电池时,离子移动到阴极。充电时,电流反转,离子吸收到阳极。
石墨烯电池技术具有与传统电池类似的结构,因为它们具有两个电极和电解质溶液以促进离子转移。固态电池和石墨烯基电池之间的主要区别在于一个或两个电极的组成。该变化主要在于阴极,但碳同素异形体也可用于阳极。传统电池中的阴极纯粹由固态材料组成,其中在石墨烯电池中,阴极是复合材料-由固态金属材料和石墨烯组成的混合材料。
石墨烯电池为什么还没取代传统电池?
所谓的石墨烯电池,本质上还是属于锂电池。对锂离子电池来说,石墨烯作为碳基负极材料,是没有办法从根本上改变锂离子电池能量的,并且电池负极里面代替原来的石墨,虽然可以提升电池的整体容量和充电速度,但性能提升效果是有限的。
当然想要量产大面积使用,最主要还在于其成本工艺稳定性等问题上,比如
全石墨烯电池成本十分高昂,而且制备难度大,几乎不可能量产。现在公布的一些惊人数据基本都来自纯度极高的石墨烯电池,仅出现在概念阶段或实验室内;以及“掺杂石墨烯电池”在锂电池上的作用是导电剂或电极嵌锂材料,但与传统的导电碳和石墨低廉的成本相比,前者带来的性能提升不足以吸引各厂家;除此之外,比如其他材料的冲击(比如硅在做负极上有着更高的理论容量)和分散工艺难度高等问题,都制约着它在锂电池上的应用。
目前,石墨烯电池虽不足以撼动当前的电池市场,但我坚信它的前景是一定有的,它也一定是未来的一种新科技新趋势。当然由于种种原因,石墨烯电池技术仍需要时间去成长!