有關石墨烯的神話聽了有好幾年了,什么石墨烯手機充電5秒,用半個月;電池充電8分鐘,汽車行駛1000公里;還說什么,石墨烯將取代石油天然氣,成為日常用電的主要來源......耳朵都聽得起繭了,生活中還是看不到有石墨烯的影子!問題出在哪兒了?
石墨烯由碳原子組成的單原子層平面薄膜,厚度僅為0.34納米,單層厚度相當于頭發絲直徑的十五萬分之一。
首先,石墨烯價格昂貴。大家都知道石墨烯的導電性能超強,卻不一定清楚它的價格堪比黃金。好比一塊純金的手機電池,誰用得起啊。業內人有個比方,“誰都知道鉆石硬度好,可沒人用來做菜刀。”
其次,技術難度大。清華能源互聯網研究員劉冠偉則表示,石墨烯本身納米材料的高比表面積等性質與現在的鋰離子電池工業的技術體系是不兼容的,完全替代的希望十分渺茫。
正在大家對石墨烯電池失望之際,科學界傳來了新成果。
近期,美國華人科學家研制出一種多孔石墨烯復合電極技術,朝著研制充電速度快且續航能力強的電池又邁進了一步。
美國加利福尼亞大學洛杉磯分校段鑲鋒教授解釋,新研制出來的復合電極技術,是以多孔石墨烯為三維框架結構、表面均勻生長納米顆粒五氧化二鈮的方式制成的,它能同時實現充電快和使用時間長這兩個目標。
段鑲鋒舉例說,“先前我們聽說過快充,但它帶來的后果是,電池的使用時間大幅減少。新研制的復合電極技術,對于一個需要充1小時電的手機電池,能把充電時間降到10分鐘內,而電池容量并沒有減少多少。”也就是說,這項新技術能加快電池的充電速度,又能延長其使用時間。
但這種多孔石墨烯復合電極技術仍有待深入研究、開發,遠未應用到我們日常生活中。
那么,石墨烯在當下生活中真是一無用處?事實完全不是這樣的。
目前,石墨烯在鋰電池中用作3種“添加劑”:1)導電添加劑;2)電極復合材料;3)直接作為負極材料。其中,石墨烯作為導電添加劑時,其導電、放電性能遠遠優于傳統導電劑。石墨烯導電劑是石墨烯高級應用的一種,可用于電動汽車鋰電池制造。
當前,新能源汽車已實現石墨烯導電劑的大規模配置。比亞迪、國軒高科以及比亞迪秦、唐系列的電動汽車都采用石墨烯導電劑。
值得一提的是,石墨烯電池性能檢測是生產環節中關鍵的一步。石墨烯經過檢測,確定質量合格后,才能交付新能源汽車公司,用于生產動力鋰電池。
那么,石墨烯電池性能檢測是怎樣的呢?位于青島昊鑫新能源科技有限公司的品質檢測實驗室內,檢測員正進行著石墨烯電池性能的檢測:在真空的容器內,將石墨烯漿料按規定步驟合成鋰離子電池正極、做極限測試、烘干、組裝、通過儀器分析記錄其導電參數……這樣的測試要求精準度高,他每天至少要做十幾組。
正進行著的石墨烯電池性能檢測
昊鑫公司的技術總監張曉鴻說,“石墨烯在鋰離子電池導電劑方面的推廣使用,對提高鋰離子電池的性能有顯著的幫助。例如,石墨烯可大幅提升鋰離子電池的效能,用石墨烯電極做負極,動力鋰電池的充電時間將從2小時縮短到10分鐘。”張曉鴻解釋,在同等條件下,石墨烯的電阻率是傳統材料碳納米管的十分之一,是導電碳黑的四十分之一,導電效果顯著,同時電池衰減度顯著優于其他導電劑。
雖說石墨烯完全取代鋰,成為我們的手機電池還需時日。但它不是越來越接上地氣,成為我們生活中的一部分?我們不是已經從中獲益不少了嗎?