石墨烯電池為什么沒有取代鋰電池成為電動車電池？
石墨烯電池為什么沒有取代鋰電池成為電動車電池？
石墨烯被研究者和各大媒體譽為“新材料之王”，是人類已知強度高、韌性好、重量輕、透光率高、導(dǎo)電性佳的新型納米材料。本文討論石墨烯電池為什么沒有取代鋰電池成為電動車的電池？歡迎專業(yè)人士發(fā)表對石墨烯及石墨烯電池的見解，請在下方留言區(qū)留言。
石墨烯電池為什么沒有取代鋰電池成為電動車電池？
集萬千光芒于一身的石墨烯聚合電池，有著比能量高、充電速率快等優(yōu)點，正好是當今電動汽車的痛點所在。比如早在2015年，華為瓦特實驗室在日本第56屆日本電池大會上發(fā)布的一項快充技術(shù)，這款3000mAh的石墨烯電池僅需5分鐘，就可獲得高達48%的電量。
更有甚者，早在2014年，西班牙Graphenano公司就與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。
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按他們的說法，這款電池有著諸多優(yōu)點：
1、一個石墨烯電池的比能量超過600wh/kg，儲電量是當時市場最好產(chǎn)品的三倍，這個表現(xiàn)放在當今都能呈碾壓態(tài)勢（比如目前比亞迪磷酸鐵鋰電池的單體能量密度為150~160Wh/kg、特斯拉最新的21700電池系統(tǒng)的能量密度在300Wh/kg左右）；
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2、單次續(xù)航里程可高達1000公里；
3、單次完全充電僅需8分鐘以內(nèi)；
4、使用壽命是傳統(tǒng)氫化電池的四倍，鋰電池的兩倍；
5、重量僅為傳統(tǒng)電池的一半；
6、Graphenano表示，此款電池的成本比鋰電池低77%。
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如果從實驗室角度看，這些數(shù)據(jù)我并不十分懷疑，因為石墨烯電池又被稱為“圈錢利器”或“論文利器”。不信去大學(xué)看看就知道了，研究這東西很好發(fā)文章，但真到實用階段，基本都啞火了。
驗證這是不是故意貶低石墨烯電池，方法很簡單。比如距今已經(jīng)過去了4年之久，Graphenano公司再也沒出現(xiàn)在我們的視野中。
從其官網(wǎng)看，最新的新聞基本都是參加國家會議或石墨烯在其他產(chǎn)品上的應(yīng)用（比如牙科產(chǎn)品）。放著廣闊的電動汽車市場不要，賺醫(yī)學(xué)用品的錢，要么就是腦袋秀逗了，要么就是我們過分高估了他們的產(chǎn)品。
石墨烯電池為什么沒有取代鋰電池成為電動車電池？
事實上就目前石墨烯在電池上的應(yīng)用來說，主要是和硅結(jié)合，所謂的石墨烯電池，本質(zhì)上還是屬于鋰電池。對鋰離子電池來說，石墨烯作為碳基負極材料，是沒有辦法從根本上改變鋰離子電池能量比數(shù)量級的。
在電池負極里面代替原來的石墨，雖然可以提升電池的整體容量和充電速度，但性能提升效果有限，并沒到上文所述那般強勢。
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附：上圖為斯坦福大學(xué)崔屹教授團隊在Nature Nanotechnology上發(fā)表的題目為“Air-stable and freestanding lithium alloy/graphene foil as an alternative to lithium metal anodes”的研究成果。即便如此，其性能也沒有達到碾壓的程度。
當然，這并不是阻礙石墨烯電池面市的主要原因，量產(chǎn)化困難的主要原因在其內(nèi)部。
1、 全石墨烯電池成本十分高昂，而且制備難度大，幾乎不可能量產(chǎn)。現(xiàn)在公布的一些驚人數(shù)據(jù)基本都來自純度極高的石墨烯電池，僅出現(xiàn)在概念階段或?qū)嶒炇覂?nèi)；
2、 “摻雜石墨烯電池”在鋰電池上的作用是導(dǎo)電劑或電極嵌鋰材料，但與傳統(tǒng)的導(dǎo)電碳和石墨低廉的成本相比，前者帶來的性能提升不足以吸引各廠家；
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3、 石墨烯材料本身具有的高比表面積等性質(zhì)，與現(xiàn)在的鋰離子電池工業(yè)的技術(shù)體系無法相容；
4、 除此之外，比如其他材料的沖擊（比如硅在做負極上有著更高的理論容量）和分散工藝難度高等問題，都制約著它在鋰電池上的應(yīng)用。
總之，首先要說明的是，石墨烯電池取代鋰電池在中短期內(nèi)基本是不可能的；“摻雜石墨烯鋰電池”雖然有著一定的應(yīng)用前景，但收效并不大，完全不足以撼動現(xiàn)今的格局。
目前，在世界范圍內(nèi)，新能源汽車已經(jīng)成為大勢所趨，全世界各國政策都是大力支持，并且，很多國家甚至都已經(jīng)制定了傳統(tǒng)燃油車退市的時間表，可以說，在未來一段時間內(nèi)，新能源車或?qū)⑷嫒〈鷤鹘y(tǒng)燃油車。而新能源車當中，各國尤以發(fā)展純電動車為主要方向。
在電動車當中，三電系統(tǒng)是核心，而其中的電池則是核心中的核心，電池作為動力能量以及全車電力的來源，擔當著十分重要的角色。目前，電動車主流的電池都是采用鋰電池，這種電池能量密度適中，而且也較為成熟，制造成本也比較有優(yōu)勢。但是，鋰電池也有非常致命的弱點，比如，安全性差，容易引發(fā)火災(zāi)；比如，充電速度慢，最快也要幾個小時。
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不僅如此，鋰離子電池的內(nèi)部阻抗高。因為鋰離子電池的電解液為有機溶劑，其電導(dǎo)率比鎳鎘電池、鎳氫電池的水溶液電解液要低得多，所以，鋰離子電池的內(nèi)部阻抗比鎳鎘、鎳氫電池約大11倍。如直徑為18mm、長50mm的單體電池的阻抗大約達90mΩ。
除此之外，鋰電池工作電壓變化較大。比如電池放電到額定容量的80%時，鎳鎘電池的電壓變化很?。s20%），鋰離子電池的電壓變化較大（約40%）。對電池供電的設(shè)備來說，這是嚴重的缺點，但是由于鋰離子電池放電電壓變化較大，也很容易據(jù)此檢測電池的剩余電量。
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而石墨烯電池是利用鋰離子在石墨烯表面和電極之間快速大量穿梭運動的特性，開發(fā)出的一種新能源電池。石墨烯已經(jīng)不是什么新鮮概念了，國內(nèi)外眾專家學(xué)者搞了t很多年，雖然有一些振奮人心的實驗現(xiàn)象和成果，然而也僅僅是在實驗室里的理論探究階段，其制造加工、應(yīng)用效能等方面都問題重重。因此，石墨烯電池現(xiàn)在還不能滿足量產(chǎn)的條件，因此暫時無法取代鋰電池。
近日，菲科斯公司推出了一款石墨烯電池汽車，非常吸引眼球。
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石墨烯電池技術(shù)汽車的出現(xiàn)，很大程度上會大大緩解純電動汽車的所帶來的充電時間問題以及滿電狀態(tài)下的行駛里程焦慮！
不過目前市面上宣稱的“石墨烯電池”是一個不準確的概念，準確的講基本上都是在材料中加入一點石墨烯，以提高鋰電池的部分性能，可以叫為石墨烯基鋰離子電池。
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這一技術(shù)的最大特點就是能夠大幅提高電池的熱穩(wěn)定性和使用壽命，要知道之前的鋰電池在高溫下工作不僅效率低，而且會極大地降低壽命。
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石墨烯，是由碳原子組成的單原子層平面薄膜，是目前世界上已知的最輕薄、最堅硬的納米材料，因為只有一層原子，電子的運動被限制在一個平面上，使石墨烯成為了世界上導(dǎo)電性最好的材料。
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目前，幾乎所有的商品鋰離子電池都采用石墨類負極材料，在負極性能相似的情況下，鋰離子電池的性能很大程度上取決于正極材料。由此可見，石墨烯在鋰離子電池里面可能發(fā)揮作用的領(lǐng)域只有兩個：直接用于負極材料和用于導(dǎo)電添加劑。
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但是使用石墨烯作為導(dǎo)電劑成本比普通的炭黑高很多，鋰電池的成本是關(guān)鍵的控制因素，不降低原材料的成本，即使石墨烯電學(xué)性能再好，一噸幾十萬的成本消耗電池廠家也用不起。
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如果綜合考量材料成本、生產(chǎn)工藝、加工性和電化學(xué)性能，其制造加工、應(yīng)用效能等方面都問題重重。石墨烯可以作為鋰電池的調(diào)味品，但是作為主材就不太合適了。因此，石墨烯電池替代鋰電池成為電動汽車電池的可能性很小，產(chǎn)業(yè)化前景渺茫。
什么是石墨烯電池
我們先了解下什么是石墨烯電池，它是利用鋰離子在石墨烯表面和電極之間快速大量穿梭運動的特性，開發(fā)出的一種新能源電池。
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為什么石墨烯電池被稱為神奇的材料
作為目前最薄、最堅硬、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能最強的一種新型納米材料，石墨烯的概念自2004年問世以來一直備受關(guān)注。以動力電池領(lǐng)域為例，石墨烯是具有良好應(yīng)用前景的鋰離子電池正負極材料。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%。從性能來看，石墨烯鋰電池充電一次，耗時也不超過10分鐘。由于其獨有的特性，石墨烯被稱為“神奇材料”，科學(xué)家甚至預(yù)言其將“徹底改變21世紀”。
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為什么沒有取代鋰電池
眾說周知目前電動車的鋰電池多采用三元鋰電池或磷酸鐵鋰電池，但我國鋰礦及鈷礦儲量不足，卻成了潛伏在電動汽車發(fā)展道路上的一個阻礙，為了避免受制于人，必須開發(fā)新材料電池。因為石墨烯的優(yōu)秀特性，所以它是一個不錯的方向。
但為什么現(xiàn)在石墨烯電池沒有取代鋰電池呢？是因為石墨烯電池目前多方面技術(shù)難以突破，因此還是一種處于實驗室的產(chǎn)物。
所以，石墨烯電池現(xiàn)在還不能滿足量產(chǎn)的條件，因此暫時無法取代鋰電池。
石墨烯電池為什么沒有取代鋰電池成為電動車電池？
我在新能源行業(yè)已從業(yè)五年多了，關(guān)于石墨烯電池與鋰電池的區(qū)別還是有些了解的，至于它之所以沒有取代后者成為電動車的電池的原因也是很鮮明，即石墨烯電池制作太過繁瑣，價格太過昂貴，但兩者又在相互融合。
1、石墨烯的由來與優(yōu)勢。2004年，英國物理學(xué)家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫成功從石墨中分離出石墨烯，兩人也因此共同獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎。這是人類首次分離出石墨烯，它也即將成為硅的替代品，也被人們稱之為“黑金”，之所以如此，是因為它是世界上目前發(fā)現(xiàn)的最薄、強度最大、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能最強的納米材料，并且?guī)缀跏峭该鞯拇嬖?，可以完美的制作成如透明的觸摸顯示屏、發(fā)光板和太陽能電池板。
石墨烯電池為什么沒有取代鋰電池成為電動車電池？
2、鋰電池與石墨烯的關(guān)系?，F(xiàn)在，已有許多鋰電行業(yè)對石墨烯在鋰電池里的應(yīng)用展開了研究，主要有兩個方向的研究：①石墨烯用于鋰電正極材料；②石墨烯用于鋰電負極材料。據(jù)一些新聞報道，這些實驗性研究所獲得的電化學(xué)性能提升幅度有限，此外成本也很高，即石墨烯暫時無法商業(yè)化應(yīng)用于鋰電成本高昂是主因。
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瓦特實驗室首席科學(xué)家李陽興曾說：“石墨烯鋰電池技術(shù)主要解決了三個難題：第一，電解液加入特殊添加劑，避免其高溫分解；第二，選大單晶三元材料做正極，增強熱穩(wěn)定性；第三，石墨烯的加入，實現(xiàn)高效散熱?！?br>
電池作為電動車的動力來源從一開始就是一個環(huán)保偽命題，電池只能作為汽車輔助存在。
理由：1、電池通俗理解就是一個裝滿電子的池子，使用石墨稀或鋰無非就是池里多裝點電子，鋰離子可帶的電子比石墨稀高，所以第一個就是錯誤方向。
2、帶電子越多越不穩(wěn)定，就算石墨稀有了容量突破，結(jié)果就是增加一個危險因素。搞不好爆炸比鋰電池更可怕。
3、帶電子是一種能力，輕松釋放電子又是一另一個問題，石墨稀根本就不容易釋放電子。這又是一個方向錯誤的。
所以不用聽別人吹牛逼說有突破90%是不靠譜的，當然如果使用石墨稀混合其它更優(yōu)物質(zhì)除外。
總結(jié)：石墨稀別說代替鋰電池，自身能否發(fā)展都是一個問題。
納米出來后借納米技術(shù)炒作，量子出來后借量子技術(shù)炒作，石墨烯出來后又有人炒作。技術(shù)的突破總是太多人不了解這個技術(shù)是什么，反而亂應(yīng)用、亂借題融資。所以石墨稀電池智者見智吧！
我對石墨烯的研究已經(jīng)好多年了，因為石墨烯產(chǎn)業(yè)園就在我們常州，這里無數(shù)的科研人員在日夜研發(fā)攻克難關(guān)，這個電池不是不可以研發(fā)出來，目前已經(jīng)研發(fā)成功，但是研發(fā)的產(chǎn)品必須讓市場接受，要滿足市場的需求，問題是目前的技術(shù)無法符合市場需求，最核心的問題是價格，再沒找到最廉價的替代輔助材料之前，你我大家都買不起這個電池，就算買了也沒傳統(tǒng)電池劃算，這樣誰會買吧，小材哥還是那句話，市場不認可的老百姓買不起的研發(fā)都是屁，等死的貨，別推廣了，符合人民需求的不推廣也被民間口碑推廣的！
我認為石墨烯可以大量代替汽車的鋼材等，使汽車減輕重量也是減少能量消耗的重要途徑。至于用石墨烯代替鋰電池等，恐怕行不通，蓄電與放電是氧化還原的兩個逆過程，石墨烯是很穩(wěn)定的材料，根本沒有這種特性，我看這是專牛角尖罷了。如果能搞出石墨烯電池的話，科學(xué)家們用十多年的時間研究，應(yīng)該能夠量產(chǎn)了，如果發(fā)現(xiàn)石墨烯有鋰電池等的類似功能，可能在中國24就能夠量產(chǎn)了，請不要有太多的期望，期望越大失望就越大。
有可能，但前路仍然漫漫。 現(xiàn)在電動小汽車用電池主要有兩種兩種:一種是由幾千節(jié)18650電池串并的電池組，這種一般是純電動小汽車;另一種是由若干個動力電池(一般是方形狀)串并的電池組，這種一般用混合動力小汽車。 電動客車一般是動力電池與超級電容組合。 現(xiàn)在的三元鋰電充電時間長，衰減周期短，一般充放電幾千次就不適合汽車使用就要換電池。 超級電容可以極速充放電(充電時間幾秒到幾分)，幾乎沒有衰減，汽車用到報廢都沒問題，但體積過大，貯電量少，一般用于電動公交車上。 石墨烯電池基本上可以解決以上兩種問題，但由于技術(shù)和量產(chǎn)問題，單位成本超高，如果成本能降到社會普及可接受的程度，就可以代替現(xiàn)在應(yīng)用的電池。當然超級電容也在發(fā)展，最后誰先普及還不一定。 回答若對你有所幫助，不要忘了關(guān)注、點贊和轉(zhuǎn)發(fā)喲。 謝謝!
你這個是偽命題。至今為止，沒有石墨烯電池，你聽說的，其實是應(yīng)用石墨烯改善性能的鋰電池，仍然是鋰電池。石墨烯有兩個重要特性。一是極好的導(dǎo)電性，在鋰電池里加入石墨烯，能有效縮短充電時間，增大最大放電電流。這兩個都是蓄電池的主要性能指標，還能減少內(nèi)部發(fā)熱。二是極好的導(dǎo)熱性，能把電池內(nèi)部發(fā)熱導(dǎo)出來，降低內(nèi)部溫度，這也能提高電池的最大放電電流，縮短充電時間，還能提高單位體積儲能，也就是同樣大小電池將更耐用。