石墨烯电池研发成功技术应脚踏实地介休

2021-01-13 03:56

石墨烯电池研发成功?技术应脚踏实地

近些年石墨烯一直是一个比较热门的概念,作为2010年诺贝尔物理奖的获奖成果,石墨烯的应用前景被各界大为看好,在热性能、力学、电子效应等方面都具有特殊性质的石墨烯甚至被一部分人誉为可以改变21世纪的神奇材料。今年的诺贝尔化学奖将人们的目光带向了锂电池领域,在锂电池寻找新的发展方向的同时,石墨烯也早早开始了在新能源电池上的应用探索。

从媒体的报道上看,石墨烯电池的研究似乎已经有了较大的成果。早在2014年,西班牙的Graphenano公司就宣称他们研制出了块石墨烯聚合材料电池。我国也不堪落后,2016年,有媒体发布消息称华为在石墨烯电池领域取得重大突破。今年6月,雅迪正式推出石墨烯电池,成为石墨烯电池商业化应用的又一范例。然而现实真的如媒体报道的那样吗?

石墨烯电池至今没有明确的定义,按照传统电池的命名方式,我们可以暂且认为石墨烯电池就是石墨烯在电池反应中起到主要作用的电池。从这一角度出发,目前报道中出现的石墨烯电池都名不副实。

媒体曾鼓吹过的华为石墨烯电池已被辟谣,华为对它的称呼是石墨烯助力的锂离子电池,石墨烯在其中的作用是利用良好的散热性帮助锂电池散热,与石墨烯电池完全无关。而雅迪推出的石墨烯电池只是在传统铅酸电池中添加了石墨烯材料。三星也曾宣布开发出石墨烯电池,这个因为制造成本而无法工业化的方案也称不上是真正的石墨烯电池。首先参与到电池反应中的并不是纯粹的石墨烯,而是石墨烯球——由石墨烯包裹氧化硅形成的复合材料。其次,将石墨烯球直接作为负极材料,效率要远远低于正常碳材料,更像是为了石墨烯而石墨烯。2017年浙大研发的铝-石墨烯电池对石墨烯的利用比三星更进一步,然而铝离子电池在性能上还是无法超过锂电池,并且制造这种石墨烯电极以目前的技术来说难度依然很大,无法投入实用。

石墨烯电池的概念虽然颇受追捧,但现阶段可行的石墨烯电池方案仍然存在于美好的预期中。即使是在锂电池中的应用,石墨烯依然面临着许多难点。首先是制备成本,虽然十几年来,我国的石墨烯制备技术发展得很快,但相对于以吨为单位的传统碳材料,按克出售的石墨烯还有很长的路要走。其次是工艺不兼容,石墨烯的性质和传统导电碳材料不同,大表面积带来的团聚、褶皱等问题都是现在的锂电池制作工艺无法解决的,与调整工艺带来的巨大成本相比,石墨烯电池目前能看到的收益有限。在容量上石墨烯电池也没有竞争力,以硅为负极的电池理论容量为石墨烯的近5倍。这些难题让石墨烯在锂电池中的应用进展缓慢,更不用说真正的石墨烯电池。

从2010年开始,石墨烯进入到大众视线,全球开始了石墨烯研究的热潮,到2015年中国的石墨烯行业出现爆发式增长,有数据预计未来五年石墨烯市场的年均复合增长率将达到56.39%左右,至2023年市场规模将超过3000亿元。石墨烯电池的大热也只是石墨烯行业发展的小小体现。虽然媒体对石墨烯电池十分追捧,但置身其中的企业更应脚踏实地,潜心研究,争取早日突破,不要让石墨烯电池仅仅成为一个噱头。

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