石墨烯電池：看上去很美
2014年底，一條爆炸性的消息讓全球電動(dòng)汽車行業(yè)震驚：西班牙Graphenano公司同西班牙科爾瓦多大學(xué)合作研究出了首例石墨烯聚合材料電池。這種電池的壽命是傳統(tǒng)氫化電池的4倍，是鋰離子電池的2倍。用它來(lái)提供電力的電動(dòng)車最多能行駛1000公里，而將它充滿電只需要不到8分鐘的時(shí)間。
“超級(jí)電池”的神奇效果的確驚人，但事實(shí)真的如此嗎？在不久前舉行的石墨烯儲(chǔ)能、動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)投資高峰論壇上，中國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟披露了一段2015年3月西班牙石墨烯會(huì)議期間，與Graphenano公司CEOMarioCeldran就其高容量快速充放電的石墨烯聚合物電池的現(xiàn)場(chǎng)交流視頻。
面對(duì)中國(guó)專家的疑問(wèn)，MarioCeldran表示，現(xiàn)在電池這塊的實(shí)用發(fā)展階段還是紐扣電池，利用石墨烯材料做出的紐扣電池在今年六、七月份上市，未來(lái)還會(huì)進(jìn)一步應(yīng)用推進(jìn)到電動(dòng)汽車動(dòng)力電池。目前我們小的電池技術(shù)性能已經(jīng)達(dá)標(biāo)，進(jìn)一步應(yīng)用到汽車上時(shí)只需疊加起來(lái)，進(jìn)行放大即可。
由此可見(jiàn)，此前網(wǎng)絡(luò)上流傳的關(guān)于“超級(jí)電池”的報(bào)道，與實(shí)際情況出入較大。“目前，通過(guò)石墨烯聚合物，做出高性能的紐扣電池是有可能的。但是把紐扣電池的性能直接導(dǎo)入到汽車電池的性能，最多只能是實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)，推斷存在很大問(wèn)題。”中國(guó)科學(xué)院寧波動(dòng)力鋰電池工程實(shí)驗(yàn)室主任劉兆平說(shuō)。
雖然當(dāng)前“石墨烯電池”這一名詞關(guān)注度很高，實(shí)際上記者查詢資料發(fā)現(xiàn)，國(guó)際鋰電學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界居然完全沒(méi)有“石墨烯電池”這個(gè)提法。“石墨烯電池的命名從學(xué)術(shù)的角度看是非常不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)模拔覀兲岬降膸最愲姵卦谠怼⒃O(shè)計(jì)上都很清楚，但石墨烯電池的概念目前無(wú)法界定，市場(chǎng)炒作成分太大。”李泓表示。
石墨烯有很大的比表面積，相對(duì)于石墨，理論上可以攜帶更多的鋰離子，得到和失去鋰離子的速度都很快，這種特性給鋰離子電池增加容量，加快充放電速度提供了物理基礎(chǔ)。但是在試驗(yàn)中，石墨烯直接做負(fù)極材料的綜合效果并不好，這主要是因?yàn)樵诂F(xiàn)有的使用液態(tài)電解質(zhì)的鋰離子電池中，在石墨烯表面會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的副反應(yīng)，產(chǎn)生了不能儲(chǔ)能的副產(chǎn)物，使其不能很好地可逆儲(chǔ)鋰。
“從原理上說(shuō)，石墨烯用于導(dǎo)電添加劑可能會(huì)有更好的表現(xiàn)，但是制備高質(zhì)量石墨烯的工藝復(fù)雜，且成本極高。”李泓直言，現(xiàn)在石墨烯達(dá)到量產(chǎn)能力的很少，石墨烯的制備方法很多，要制造真正達(dá)到電池級(jí)應(yīng)用的石墨烯導(dǎo)電添加劑，成本下不來(lái)，現(xiàn)在和炭黑、碳納米管相比沒(méi)有明顯優(yōu)勢(shì)。而且解決工業(yè)級(jí)別的石墨烯與現(xiàn)有電極材料的均勻分散遠(yuǎn)非易事，碳納米管在電池中應(yīng)用的分散技術(shù)研究了近10年才取得了突破。
“石墨烯在鋰離子電池中的應(yīng)用還有許多具體技術(shù)難題需要突破。現(xiàn)在不能說(shuō)石墨烯就沒(méi)有用，但顯然不能夸大其詞，任何產(chǎn)品要應(yīng)用應(yīng)該考量綜合技術(shù)指標(biāo)，必須在產(chǎn)品量級(jí)上來(lái)講對(duì)比優(yōu)勢(shì)才有意義。”李泓補(bǔ)充說(shuō)。
