詳解石墨烯電池與超級電容器技術(shù)
來源：寶鄂實業(yè)
2019-05-07 16:26
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大凡稍微關(guān)注新科技的人都會知道“石墨烯”是何物，也會知道這種材料被賦予了多高的期望。
而自打索尼公司1991年發(fā)明鋰離子電池至今，鋰電池技術(shù)幾乎就像一條平直的線，波瀾有之，幅度不足。這個瓶頸梗在這里已近15年，視摩爾定律如無物，無半分松動的意思。
然后在2004年的一天，石墨烯誕生，并助兩位科學(xué)家獲得諾貝爾獎。在接下來的日子里，各種炒作鋪天蓋地，其中最吸引人的莫過于“石墨烯電池”的概念。
石墨烯電池是指在利用鋰離子在石墨烯表面和電極之間快速大量穿梭運動的特性，開發(fā)出的一種新型的電池。那這種電池到底是帶來新時代的奇跡，還是曇花一現(xiàn)的虛幻呢？
“萬能材料”要破解續(xù)航焦慮
石墨烯被稱為“萬能材料”，在各大科技領(lǐng)域都具有不可小覷的潛力。那在日益“煩躁”的電池界，石墨烯電池是怎么埋下希望種子的呢？
首先我們來了解一下石墨烯電池的魔力。石墨烯電池的能量密度高達600Wh/kg，這是前陣子鬧得紛紛揚揚的比亞迪磷酸鐵錳鋰電池（未證實）能量密度的4倍。換句話說，一輛電動汽車如果想達到設(shè)定的動力蓄電池組總能量，配備石墨烯電池的重量只為普通動力電池的四分之一，體積只為普通動力電池的二分之一（石墨烯電池本身的重量僅為傳統(tǒng)電池的一半），這樣可以減少車身的重量，抑或是增加電池重量，藉此達到擺脫“續(xù)航焦慮”的目的。
除了能量密度這個最大的優(yōu)勢，石墨烯電池還有其它“殺手锏”。它的使用壽命是普通鋰電池的兩倍，制造成本則比之降低了77%。
而真正讓這種魔性電池成為國際焦點的則是特斯拉汽車公司。去年年末，特斯拉發(fā)布了兩年前停產(chǎn)的第一代車型Roadster的升級版，其續(xù)航里程高達644公里，原版Roadster的續(xù)航里程僅為393公里），消息一出，滿座皆驚。
巨大進步背后必有重大改變。特斯拉升級版Roadster的超長續(xù)航引起了人們強烈的好奇，人們紛紛猜測是不是采用了高能量密度的石墨烯電池？但特斯拉官方對外之宣稱升級版Roadster采用了改進的鋰電池，關(guān)于“石墨烯電池”的話題三緘其口。
另一個讓石墨烯電池備受關(guān)注的是西班牙Graphenano公司。該公司同西班牙科爾瓦多大學(xué)合作研究出世界首例石墨烯聚合材料電池，并通過實驗對外宣稱使用石墨烯電池作為動力的電動汽車最多能行駛1000公里，而其充電時間連8分鐘都不用！
這個消息當(dāng)時震驚了全球的電動汽車行業(yè)，如此彪悍的性能，難道世界要翻開新的篇章了嗎？
西方媒體曾報道稱，這款“超級電池”將于2015年第一季度生產(chǎn)上市使用，但如今第二季度已結(jié)束，我們?nèi)晕纯吹酱?ldquo;神物”的出現(xiàn)。結(jié)合國內(nèi)專家普遍的觀點：西班牙的“超級電池”只是一條假新聞。而目前推出的石墨烯電池說來有點心酸，石墨烯在鋰電池的應(yīng)用只有百分之零點幾的添加劑，沒有一家企業(yè)能真正有產(chǎn)品推出來。
二、寄望石墨烯還不如期待“超級電容器”
超級電容器比超級電池靠譜多了？
什么是超級電容呢？超級電容是一種儲能用的電化學(xué)元件，與傳統(tǒng)電容器有異，與電池更是相去甚遠(yuǎn)。它又叫雙電層電容器，具有許多優(yōu)點：功率密度高、充放電時間短、循環(huán)壽命長、工作溫度范圍寬、充放電線路簡單、安全可靠等。
下面我們來仔細(xì)看看它和鋰電池之間的差別。
（1）功率密度高，可達300W/kg~5000W/kg，這相當(dāng)于鋰電池的2~30倍；
（2）充放電時間短，充電10秒～10分鐘可達到其額定容量的95%以上；
（2）循環(huán)使用壽命長，深度充放電可循環(huán)使用次數(shù)超過50萬次，這是普通鋰電池的500倍，即如果對超級電容每天充放電20次，仍可連續(xù)使用68年。究其原因，其在儲能的過程中不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，儲能過程是可逆的，所以超級電容器可以反復(fù)充放電數(shù)十萬次；
?。?）工作溫度范圍寬，超低溫特性好，溫度范圍寬-40℃～+70℃，這是“嬌生慣養(yǎng)”的鋰電池?zé)o法適應(yīng)的；
?。?）充放電線路簡單，無需充電電池那樣的充電電路；
（6）安全系數(shù)高，長期使用免維護，不會出現(xiàn)爆炸和著火等問題。
這樣的優(yōu)點比之石墨烯超級電池也是不遑多讓，且目前已有超級電容公交車亮過相，自是比后者又多了一層現(xiàn)實的質(zhì)感。在新能源汽車界，人們對超級電容器抱以極大的期待。
缺點無法忽視 但現(xiàn)實讓人振奮
說了這么多，全是超級電容器的優(yōu)點。但好比一個硬幣有兩面，超級電容器也有著無法忽視的缺點。
超級電容器的安裝位置有講究，不合理的話很容易引起電解質(zhì)泄露等問題，破壞電容器的結(jié)構(gòu)性能；雖說超級電容器的充放電電路簡單，但僅限于直流電路的使用，其內(nèi)阻比較大，不適合交流電路的運行要求；然后由于超級電容器是新一代高科技產(chǎn)品，價格相對較高，充電一次只夠電動汽車行駛幾公里，每千瓦時的蓄能產(chǎn)品價格卻是電池的近10倍，實際
