目前，交通部門占美國溫室氣體排放量的29%左右（EIA，2009）。按照與往常一樣的情況，2000年到2020年間，美國司機的排放量預計將增加55%(Friedman, 2003)。此外，由于石油資源迅速枯竭、油價波動以及對政治上不穩(wěn)定的石油生產國的依賴，目前以化石燃料為基礎的能源經濟面臨嚴重風險(Scorsati和Garche，2010)。這意味著運輸系統(tǒng)對石油的依賴是不可持續(xù)的。由于全球變暖的影響，世界各國政府正在采取行動減少運輸部門的溫室氣體排放（Bonilla和Merino，2010）。電動汽車的廣泛使用——包括混合動力電動汽車（HEV）、電池電動汽車（BEV）和插電式混合動力電動汽車（PHEV）——可以改革運輸部門并大幅降低石油消耗（Daniel等人，2011年；Zackrisson等人，2010年），以及溫室氣體排放然而，為了使電動汽車供應鏈可持續(xù)發(fā)展，需要解決幾個關鍵問題。其中，一個明顯的問題是電池生產的原材料的安全和供應。目前，關于電池制造所需的一些關鍵原材料供應的可持續(xù)性，有幾個尚未解決的問題。幾種電池類型在EVS中有很大的應用潛力，包括鉛酸（LA）電池、鎳氫（NIMH）電池。

 

 

電池和鋰離子電池（BLISISHwitz，2010；王等人，2010；Wadiaet al，2011）。還有各種有前途的電動汽車替代電池技術，包括金屬空氣電池和鈉電池（Wanger，2011；Wray，2009），但這些技術仍在開發(fā)中，尚未具有競爭力。目前，李離子電池和鎳氫電池是EVS中常用的兩種電池。NiMH電池是混合動力汽車(HEV)的主要無源電力(Majeau-Bettez等人，2011年)；然而，相對于其他電池技術，目前具有明顯性能優(yōu)勢的鋰離子電池已經開始。鋰離子電池很有可能在下一代電動汽車中使用，特別是隨著PHEV和BEV的日益普及（Gruber和Medina，2011；Scrosati和Garche，2010，USDOE，2011）。此外，鋰離子電池也可以在HEV市場中占有相當大的份額（UDOE，2010）。鑒于鋰離子電池作為可持續(xù)運輸動力源的潛力，本文著重研究鋰離子電池生產中使用的關鍵原料鋰。在設計供應鏈時，解決需求不確定性和市場狀況隨時間變化的問題是很重要的（Butler等人，2006）。考慮到鋰對電動汽車未來的重要性，目前供應的不穩(wěn)定性和不確定性使全球能源和環(huán)境可持續(xù)性目標處于危險之中。在這項研究中，在鋰供應鏈中的幾個關鍵問題進行探索，以確定主要風險領域。我們利用文獻綜述來討論與鋰供應鏈相關的知識現(xiàn)狀。通過評估文獻中的證據(jù)，這種分析旨在對這個課題提出更全面的觀點，找出當前知識狀態(tài)的差距，并確定今后的研究方向。

近年來，純電動汽車的快充技術不斷發(fā)展，“1個小時充滿80%的電量”“30分鐘充滿80%電量”“20分鐘充滿80%電量”……未來的3~5年，純電動汽車只要充電5分鐘就能充滿80%電量，大約能行駛300公里。

 

被稱為“黑金”的石墨烯，在實驗室的研發(fā)近年有了突破性的進展。汽車電池電芯加入石墨烯后，充放電效率會有顯著的提升。專家表示，石墨烯在汽車電池上應用，填補了石墨烯高端應用的空白。而這種基于“電池+石墨烯”的快充技術不會停留在實驗室，短則三年，長則五年便將走進市場，搭載在新能源汽車上。

 

那么，石墨烯這個被譽為“能徹底改變21世紀的黑科技”是如何運用在電池的快速充放電上？帶著這個問題，記者采訪了多家電池企業(yè)和電池專家。

 

文/廣州日報全媒體記者周偉力

 

石墨烯就像電池的調味料

 

純電動汽車改變人們的出行，而快充則會改變現(xiàn)有的純電出行模式。續(xù)航里程一直被認為是純電動汽車最重要的指標之一，但這也許不再是唯一。“電池+石墨烯”將改變純電的快充時間，這也將釋放純電動汽車更大的潛力。

 

將電池和石墨烯結合起來，是近十年才陸續(xù)開展相關的研究。據(jù)專家介紹，電池的諸多性能指標當中，能量密度排在首位，直接決定續(xù)航里程，而續(xù)航里程的長短與消費者購買意愿成正比。一開始，石墨烯電池就是奔著提升能量密度去研發(fā)的。不能說沒有收獲，加入石墨烯之后，電池能量密度能提升5%~10%。但再往上，難以再有突破。這與研究人員最初預期20%~30%的能量密度大相徑庭。

 

廣汽研究院石墨烯應用研究創(chuàng)新工作站副首席專家毛文峰博士告訴記者，石墨烯只是一種添加劑。石墨烯與電池的關系，就像是調味料與菜品原料之間的關系。炒菜時，放點雞精，可以提鮮，但不能放多，放多了，菜反而不好吃了。同樣道理，在提升能量密度上，起到決定作用的還是電池本體，而非石墨烯這個添加劑。

 

正因為如此，毛文峰博士認為，“石墨烯電池”的概念是不成立的?？萍歼M步，最忌喧賓奪主，不能因為添加了某種添加劑，就大張旗鼓進行注明，并廣而告之，哪怕這種添加劑有光環(huán)在身。“我們在飯店點菜，從來沒有看到過什么菜的菜名是以‘雞精’開頭的”“同樣道理，不能因為電池應用了石墨烯材料，就稱之為‘石墨烯電池’，更為準確的說法是‘電池+石墨烯’”。他認為，市場對石墨烯電池的追捧，已經超過其實際的技術水平，存在一定的泡沫。

 

賦予純電出行新模式

 

新能源汽車電池快充時間的縮短，會直接改變現(xiàn)有的純電出行模式：續(xù)航里程重要，但不再是唯一。毛文峰描繪他設想中的未來出行模式：純電動汽車綜合續(xù)航里程只有400公里，當電量耗盡時，找到快充電樁，5分鐘就能夠充滿電。與汽油車2~3分鐘的加油時間相比，5分鐘的快充時間仍然比較長，但比起目前30~60分鐘的平均快充時間，已經快上許多。

 

廣汽新能源總經理古惠南持相同觀點“快充模式一旦普及，純電動車續(xù)航里程沒必要600公里，甚至1000公里那么多，不需要那么大電池容量和能量密度”。消費者沒必要為電池多買單，快充快走，使用體驗與汽車加油沒有不同?；谶@一觀點，在產品規(guī)劃當中，有超過500公里的超長續(xù)航里程車型，同時也將提供純電續(xù)航里程從300公里到500公里不等的車型，并有插電混動車型供消費者選擇。

 

除了快速充放電，由于具備良好的導熱性能，石墨烯能夠提升電池的散熱效果；載流子遷移率決定電導率，較快的載流子遷移率能提升元器件的工作速度；由于導電性能好，石墨烯還可以提升電池的功率密度。

 

廣汽新能源技術中心主任許俊海表示，“我們現(xiàn)在的電池系統(tǒng)仍然保留溫控系統(tǒng)，一定程度上增加電池重量，降低能量密度。但隨著電池散熱效果的提升，一旦去掉溫控系統(tǒng)，電池能量密度會越級到一個新高度。”更為關鍵的一點，隨著新技術應用，汽車企業(yè)能夠騰出精力，關注以前關注不到的地方，尤其是電池的功能安全。許俊?？谥械?ldquo;新技術”就包含有石墨烯。

 

石墨烯的加入或能改變現(xiàn)有格局

 

“少即是多”，這是汽車設計與研發(fā)最高的境界。面對石墨烯這種獲得諾貝爾獎的“新材料之王”，敢于做減法，需要莫大的勇氣。但扎根于石墨烯領域的研發(fā)人員更多的是逼于無奈。

 

清華大學材料學院教授朱宏偉曾在接受采訪時明言，如果石墨烯再找不到應用，無論是資本市場還是基礎研發(fā)都會退潮。黎明前的黑暗到底還有多長，沒有人能給出準確的時間?？梢钥隙?，電池尤其汽車電池，是石墨烯公認最接近于應用的領域之一。

 

目前，在汽車電池領域，鋰電池仍然是霸主。而根據(jù)材料不同，還分為磷酸鐵鋰、鈦酸鐵鋰以及三元鋰電池。市面上幾乎所有新能源汽車都內置這三類電池，無論是新能源汽車企業(yè)的翹楚特斯拉，還是當前新能源汽車領軍者的比亞迪，都在這個“局”中。

 

隨著新能源汽車的全面提速，三種技術路線之間的淘汰賽已經分出勝負，磷酸鐵鋰和鈦酸鐵鋰逐漸掉隊，三元鋰電池單獨領跑。

 

石墨烯的加入，盡管不能在短時間內作為單一的品類徹底顛覆鋰電池。但作為一種添加劑和催化劑，還是能夠改變電池領域的現(xiàn)有格局，讓磷酸鐵鋰看到逆襲希望。公開資料顯示，國軒高科擬將“青島國軒年產3億Ah高比能動力鋰電池產業(yè)化項目”調整為“青島國軒年產2Gwh高比能動力鋰電池項目”。產品類型由三元電池調整為磷酸鐵鋰電池。在近期接受投資者的調研過程中，國軒高科更表達了自己對磷酸鐵鋰電池應用前景的看法，隨著技術不斷迭代，其認為未來磷酸鐵鋰市場應用空間依舊非常廣闊。