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鋰電池短板,亟需石墨烯救場

鉅大LARGE  |  點擊量:814次  |  2019年01月18日  

中國汽車工業協會最新發布的數據顯示:2018年2月,汽車產銷環比和同比均呈較快下降。但新能源汽車同比卻出現高速增長,今年前兩個月產銷同比分別增長225.5%和200%。新能源汽車的發展日新月異,正成為一個超級大市場。

新能源汽車取代傳統燃油車正在成為時代主流。國際上,2015年至2016年,歐洲各國相繼宣布燃油車禁售時間表,菲亞特克萊斯勒、梅賽德斯奔馳、寶馬、林肯、捷豹路虎等汽車品牌巨頭相繼宣布即將停產燃油車。除此之外,我國的北汽、長安等國產車也在2017年下半年相繼宣布將在2020—2025年全面停止生產和銷售傳統燃油車,吉利沃爾沃宣布2019年將全面停售停產燃油車。

隨著我國新能源汽車產業發展進入快車道,作為新能源汽車核心零部件的動力電池行業也迎來了高速發展期。但作為新能源汽車主要動力源的傳統鋰電池能量密度不高,壽命短,在未來,面對新能源汽車產業發展的質量和效益不斷提升,就必須解決鋰電池面臨的發展瓶頸。

在2018年首屆中國新能源動力電池暨儲能產業大會上,中國科學院院士南策文指出,電池材料制約了高比能電池的研發,因此,現階段材料是第一位的,業界要大力發掘新的電池材料。石墨烯憑借良好的導電性就成為了電池制造企業的不二之選。

石墨烯穩定的晶格結構使碳原子具有優秀的導電性。目前研究表明,如果將石墨烯應用于鋰電池中,可以極大提高鋰電池的能量儲備量,能夠改善當前電池續航時間短、使用壽命不長的通病。

最近,天津大學化工學院楊全紅教授研究團隊提出的“硫模板法”可以大幅度提高鋰離子電池的體積能量密度。這種具有合適預留空間且保持高密度的碳-非碳復合電極材料能貢獻出極高的體積比容量,從而大幅度提高鋰離子電池的體積能量密度,使鋰離子電池變得更小。該團隊通過對設計高體積能量密度鋰離子電池負極材料的,完成石墨烯對活性顆粒包裹的“量體裁衣”。這種“量體裁衣”的設計思想可以拓展為普適化的下一代高能鋰離子電池和鋰硫電池、鋰空氣電池等電極材料的構建策略。

中國特種發動機集團有限公司對外宣稱,中國航發航材院已成功研制出具有快速充電、長壽命、低發熱的新型石墨烯鋰離子電池,該產品目前已實現了批量制備。據介紹,在同等條件下,此款新型石墨烯鋰離子電池充電時間僅為普通鋰離子電池的十分之一,但使用壽命卻是普通鋰離子電池的5倍,并且有效抑制了發熱問題。如果采用此種石墨烯鋰離子電池,普通手機僅用10分鐘即可充滿。

中國科學院院士、北京大學化學學院教授劉忠范認為,石墨烯在鋰電子電池上的研究應用已經有十幾年的歷史,添加10%左右的石墨烯在鋰電池上,就可以改善導電情況,降低內阻,提升性能,可以充電變得更快,容量更高。

石墨烯在超級電容器上的應用潛力同樣巨大。超級電容器最大的問題就是能量密度低,成本也相對鋰電池而言較高。石墨烯具有高比表面積、高導電性等優點,應用了石墨烯材料的超級電容器具有高安全性、高比能量、高比功率、長壽命的優點,可為城市公共交通等新能源領域汽車提供先進的清潔能源。

面對已經到來的新能源汽車快速發展的勢頭,鋰電池必須要突破短板,就亟需石墨烯在電池應用技術更加成熟,為新能源汽車提供各方面性能更加優異的石墨烯鋰離子電池。

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