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石墨烯电池、石墨烯基电池傻傻分不清 二者有何不同?

导读: 石墨烯是一种由碳原子紧密排列成六边型,呈蜂巢晶格的二维晶体,即石墨的单原子层薄片,厚度只有0.35个纳米。但具有极强导电性、超高强度、高韧性、较高导热性能等数层光环,被誉为将在半导体、光伏、储能、航天等领域带来一次材料技术革命,被誉为“新材料之王”。

石墨烯是一种由碳原子紧密排列成六边型,呈蜂巢晶格的二维晶体,即石墨的单原子层薄片,厚度只有0.35个纳米。但具有极强导电性、超高强度、高韧性、较高导热性能等数层光环,被誉为将在半导体、光伏、储能、航天等领域带来一次材料技术革命,被誉为“新材料之王”。

这样的新材料之王必定会走进各行各业,比如石墨烯用于电线电缆的电磁防护、船舶等产品金属表面的防腐涂料、重金属污染物的吸附、海水淡化等等领域具有一定的应用前景。这样的“材料之王”必定会引起锂电池方面的超强性能想象。

锂电池有正极、负极、隔膜,电解液四大材料构成。目前主要应用的负极材料为石墨,石墨烯是石墨中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。石墨烯来源于石墨,各项性能优于石墨,人们将其与现在最热的锂电池相联系,取代石墨当负极,或者用于锂电其他几大关键材料会不会将锂电的能量密度大幅提高呢?最近几年市面上也出现了不少关于石墨烯锂电的报道。

首先是2014年12月4日西班牙Graphenano公司宣布研发出了石墨烯电池 8分钟成为电动汽车产业一个“重磅炸弹”,引发了全球产业界和投资界对石墨烯在储能、动力电池方面应用的关注。该公司宣称,一个锂电池(以最先进的为准)的比能量数值为180Wh/kg, 而一个石墨烯电池的比能量则超过600 Wh/kg。也就是说,它的储电量是目前市场上最好的产品的三倍。这种电池的寿命也很长,它的使用寿命是传统镍氢电池的四倍,是锂离子电池的两倍。用它来提供电力的电动车最多能行驶1000千米。而将它充满电只需要不到八分钟的时间。同时生产这种电池的公司表示,这款石墨烯电池的成本将比锂电池低77%。是消费者们能够承担的价格。

石墨烯电池、石墨烯基电池傻傻分不清 二者有何不同?

2016年7月东旭光电在京举办了石墨烯基锂离子电池产品发布会,推出了世界首款石墨烯基锂离子电池产品——“烯王”。该产品与普通电池相比不仅可在满足5℃条件下,实现15分钟内快速充放电,而且可在-30~80℃环境下工作,循环寿命更高达3500次左右。

石墨烯电池、石墨烯基电池傻傻分不清 二者有何不同?

华为中央研究院瓦特实验室在第57届日本电池大会上宣布推出业界首个高温长寿命石墨烯基锂离子电池。实验结果显示,以石墨烯为基础的新型耐高温技术可将锂离子电池上限使用温度提高10℃,使用寿命是普通锂离子电池的2倍。

石墨烯电池、石墨烯基电池傻傻分不清 二者有何不同?

……

石墨烯电池还有很多别的报道,上述三个报道属于关注度比较高的。

小编查找了相关资料发现西班牙Graphenano公司发布的石墨烯电池目前没有人真正见识过这个公司的产品,即使相关基本参数比如充放电曲线、中值电压等也无法查找到,后续也没有再见到该公司是否投产等消息。

在2016中国国际石墨烯创新大会上东旭光电副总经理王忠辉强调说:“‘烯王’不是石墨烯电池,而是石墨烯基锂离子电池。我们在此前的宣传中也从来没有说它是石墨烯电池。”

据悉“烯王”这款电池正极材料是石墨烯包覆的磷酸铁锂,这也是其称之为石墨烯基电池的原因。

华为瓦特实验室首席科学家李阳兴博士指出,石墨烯基高温锂离子电池技术突破主要来自三个方面:

1、在电解液中加入特殊添加剂,除去痕量水,避免电解液的高温分解;

2、电池正极选用改性的大单晶三元材料,提高材料的热稳定性;

3、采用新型材料石墨烯,可实现锂离子电池与环境间的高效散热。

可以看出华为石墨烯基电池中石墨烯仅作为散热材料使用了。

看完上述,吃瓜群众是不是已经对“石墨烯电池”和“石墨烯基电池”傻傻分不清楚了。

那二者究竟有何不同呢?哈尔滨工业大学化工学院电化学科学与工程系教授袁国辉在接受一些媒体采访时表示:“石墨烯电池的概念不符合行业命名原则,也不是行业共识。从专业的角度,电池的命名一般是遵循‘正极—负极活性材料’的规则,锂离子电池充放电时,成流反应是锂离子在正、负极材料中的嵌入和脱出的贡献。电极中添加石墨烯材料时,石墨烯的主要作用是提高电极的导电性,尽管可以提高电池的性能,石墨烯的角色并不是锂离子电池正负极的活性材料。”

小编还没看到学术界对此有明确的定义,结合袁教授的话,参考锂离子电池的定义,石墨烯电池肯定是石墨烯作为主要的电极材料,而如果仅仅是作为添加剂使用在锂电池上时称之为石墨烯基锂电池。

目前市面上也未见报道有石墨烯作为主要正负极电池材料的电池出现,也就是说石墨烯电池还没有出现。因为石墨烯用作锂电负极产业化前景渺茫纯石墨烯的充放电曲线跟高比表面积硬碳和活性炭材料非常相似,都具有首次循环库仑效率极低、充放电平台过高、电位滞后严重以及循环稳定性较差的缺点,这些问题其实都是高比表面无序碳材料的基本电化学特征。 石墨烯的振实和压实密度都非常低,成本极其昂贵,根本不存在取代石墨类材料直接用作锂离子电池负极的可能性。所有读者以后见到“石墨烯电池”,提高警惕,应该要想到这多半又是炒作和噱头噱头。

至于石墨烯基锂电池这样的概念,这样的报道和文章出现还是值得一看,因为如果石墨烯的价格降下来,石墨烯优良的性能在锂电池上作为导电添加剂和电极复合材料还是具有可能性。

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