石墨烯這個被譽(yù)為“能徹底改變21世紀(jì)的黑科技”是如何運(yùn)用在電池的快速充放電上？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-03-11 19:28
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近年來，純電動汽車的快充技術(shù)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(shí)驗(yàn)室的研發(fā)近年有了突破性的進(jìn)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(yīng)用，填補(bǔ)了石墨烯高端應(yīng)用的空白。而這種基于“電池+石墨烯”的快充技術(shù)不會停留在實(shí)驗(yàn)室，短則三年，長則五年便將走進(jìn)市場，搭載在新能源汽車上。
那么，石墨烯這個被譽(yù)為“能徹底改變21世紀(jì)的黑科技”是如何運(yùn)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。
石墨烯就像電池的調(diào)味料
純電動汽車改變?nèi)藗兊某鲂?，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(rèn)為是純電動汽車最重要的指標(biāo)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(jié)合起來，是近十年才陸續(xù)開展相關(guān)的研究。據(jù)專家介紹，電池的諸多性能指標(biāo)當(dāng)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(fèi)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(yù)期20%~30%的能量密度大相徑庭。
廣汽研究院石墨烯應(yīng)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(guān)系，就像是調(diào)味料與菜品原料之間的關(guān)系。炒菜時，放點(diǎn)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?jīng)Q定作用的還是電池本體，而非石墨烯這個添加劑。
正因?yàn)槿绱?，毛文峰博士認(rèn)為，“石墨烯電池”的概念是不成立的。科技進(jìn)步，最忌喧賓奪主，不能因?yàn)樘砑恿四撤N添加劑，就大張旗鼓進(jìn)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(diǎn)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?yàn)殡姵貞?yīng)用了石墨烯材料，就稱之為‘石墨烯電池’，更為準(zhǔn)確的說法是‘電池+石墨烯’”。他認(rèn)為，市場對石墨烯電池的追捧，已經(jīng)超過其實(shí)際的技術(shù)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(shè)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(dāng)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(jīng)快上許多。
廣汽新能源總經(jīng)理古惠南持相同觀點(diǎn)“快充模式一旦普及，純電動車?yán)m(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(fèi)者沒必要為電池多買單，快充快走，使用體驗(yàn)與汽車加油沒有不同?；谶@一觀點(diǎn)，在產(chǎn)品規(guī)劃當(dāng)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(fèi)者選擇。
除了快速充放電，由于具備良好的導(dǎo)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(dǎo)率，較快的載流子遷移率能提升元器件的工作速度；由于導(dǎo)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(shù)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(guān)鍵的一點(diǎn)，隨著新技術(shù)應(yīng)用，汽車企業(yè)能夠騰出精力，關(guān)注以前關(guān)注不到的地方，尤其是電池的功能安全。許俊海口中的“新技術(shù)”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(shè)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(lǐng)域的研發(fā)人員更多的是逼于無奈。
清華大學(xué)材料學(xué)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(yīng)用，無論是資本市場還是基礎(chǔ)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(zhǔn)確的時間?？梢钥隙?，電池尤其汽車電池，是石墨烯公認(rèn)最接近于應(yīng)用的領(lǐng)域之一。
目前，在汽車電池領(lǐng)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(nèi)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(dāng)前新能源汽車領(lǐng)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(shù)路線之間的淘汰賽已經(jīng)分出勝負(fù)，磷酸鐵鋰和鈦酸鐵鋰逐漸掉隊，三元鋰電池單獨(dú)領(lǐng)跑。
被稱為“黑金”的石墨烯，在實(shí)驗(yàn)室的研發(fā)近年有了突破性的進(jìn)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(yīng)用，填補(bǔ)了石墨烯高端應(yīng)用的空白。而這種基于“電池+石墨烯”的快充技術(shù)不會停留在實(shí)驗(yàn)室，短則三年，長則五年便將走進(jìn)市場，搭載在新能源汽車上。
那么，石墨烯這個被譽(yù)為“能徹底改變21世紀(jì)的黑科技”是如何運(yùn)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。
石墨烯就像電池的調(diào)味料
純電動汽車改變?nèi)藗兊某鲂?，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(rèn)為是純電動汽車最重要的指標(biāo)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(jié)合起來，是近十年才陸續(xù)開展相關(guān)的研究。據(jù)專家介紹，電池的諸多性能指標(biāo)當(dāng)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(fèi)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(yù)期20%~30%的能量密度大相徑庭。
廣汽研究院石墨烯應(yīng)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(guān)系，就像是調(diào)味料與菜品原料之間的關(guān)系。炒菜時，放點(diǎn)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?jīng)Q定作用的還是電池本體，而非石墨烯這個添加劑。
正因?yàn)槿绱?，毛文峰博士認(rèn)為，“石墨烯電池”的概念是不成立的。科技進(jìn)步，最忌喧賓奪主，不能因?yàn)樘砑恿四撤N添加劑，就大張旗鼓進(jìn)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(diǎn)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?yàn)殡姵貞?yīng)用了石墨烯材料，就稱之為‘石墨烯電池’，更為準(zhǔn)確的說法是‘電池+石墨烯’”。他認(rèn)為，市場對石墨烯電池的追捧，已經(jīng)超過其實(shí)際的技術(shù)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(shè)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(dāng)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(jīng)快上許多。
廣汽新能源總經(jīng)理古惠南持相同觀點(diǎn)“快充模式一旦普及，純電動車?yán)m(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(fèi)者沒必要為電池多買單，快充快走，使用體驗(yàn)與汽車加油沒有不同?；谶@一觀點(diǎn)，在產(chǎn)品規(guī)劃當(dāng)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(fèi)者選擇。
除了快速充放電，由于具備良好的導(dǎo)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(dǎo)率，較快的載流子遷移率能提升元器件的工作速度；由于導(dǎo)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(shù)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(guān)鍵的一點(diǎn)，隨著新技術(shù)應(yīng)用，汽車企業(yè)能夠騰出精力，關(guān)注以前關(guān)注不到的地方，尤其是電池的功能安全。許俊海口中的“新技術(shù)”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(shè)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(lǐng)域的研發(fā)人員更多的是逼于無奈。
清華大學(xué)材料學(xué)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(yīng)用，無論是資本市場還是基礎(chǔ)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(zhǔn)確的時間?？梢钥隙?，電池尤其汽車電池，是石墨烯公認(rèn)最接近于應(yīng)用的領(lǐng)域之一。
目前，在汽車電池領(lǐng)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(nèi)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(dāng)前新能源汽車領(lǐng)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(shù)路線之間的淘汰賽已經(jīng)分出勝負(fù)，磷酸鐵鋰和鈦酸鐵鋰逐漸掉隊，三元鋰電池單獨(dú)領(lǐng)跑。
