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8分钟充85% 沉寂已久的石墨烯电池真有那么神?

  • 原创
  • 2020-06-04 09:11
  • 来源:电车资源

摘要:自石墨烯电池的概念提出以来,在数码以及新能源车界便不断有声音提起。而在不久前,广汽新能源也宣布自己研发的量产石墨烯电池已经完成装车测试,并实现8分钟充电85%的“奇迹”,它真的靠谱吗?

【电车资源 技术文章】中国是一块神奇的大地,这里的人们勤劳聪明,思路开阔、灵活多变、善于创新。每每世界上有什么新的动向,我们都能紧随潮流,一旦某些新技术、新材料或是一些听不懂的词汇被“制造”出来,就会被各种炒作,甚至能立刻把概念应用在生活当中。

《电车知识学堂》石墨烯电池真能8分钟充85%吗?

除了能在股市上用来收割投资散户之外,许多商家甚至会直接推出各种“智商税”产品,例如什么纳米面膜、远红外线床垫、负离子能量卡、量子XXX等。而作为“新材料之王”的石墨烯自然也无法逃出他们的魔掌,几乎你能想到的所有东西,只要在前面加上“石墨烯”三个字用百度搜一搜,你总能搜出来喜闻乐见的东西。

新名词的滥用确实让普通老百姓对拥有这类概念的产品十分反感,毕竟都是老韭菜了,也难怪广汽新能源量产石墨烯电池装车测试的新闻会遭到如此多的质疑。但吐槽归吐槽,我们作为一家新能源汽车媒体,还是需要本着科学、专业的态度去理性分析一波。

● 什么是石墨烯?

石墨烯是一种由碳原子组成的呈蜂巢晶格排列构成的单层二维晶体,我们常用的铅笔就是由非常多层石墨烯堆叠而成的石墨片,它们每层之间的作用力较弱,当把石墨片不断的层层剥离到最后只剩下单层之后,得到的就是石墨烯。

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石墨烯目前已知的世界上最薄的材料(0.34nm),也是有史以来被证实的最结实的材料,而且它还具有极好的弹性,可被拉伸至自身尺寸的120%,并且具有超强导电性、很高的载流子迁移率,以及非常好的热传导性能,其性能的具体参数包括:

1、吸光率约为2.3%

2、导热系数高达5300 W/m·K(高于碳纳米管和金刚石)

3、常温下其电子迁移率超过15000 cm2/V·s(比纳米碳管或硅晶体高)

4、电阻率约10E-8 Ω·m(比铜或银更低,为世上电阻率最小的材料)

因此它是一种革命性的材料,也被称作“21世纪的新材料之王”。

● 制备石墨烯的方法

目前,石墨烯的制备主要有机械剥离法、化学气相沉积法(CVD)、氧化-还原法和溶剂剥离法。其中机械剥离法就是诺贝尔奖获得者安德烈·盖姆发现石墨烯的方法,即使用3M胶带反复撕扯石墨,直至获得单层的石墨烯,但其非常的耗时费力;氧化-还原法则是经过超声分散制备成氧化石墨烯,然后加入还原剂去除氧化石墨表面的含氧基团后得到石墨烯,成本较低但对环境污染特别大;而化学气相沉积法(CVD)则是三星在2017年宣布制作出“石墨烯电池”的方法。

可以肯定的是,无论是哪种方法,它们都需要严密的实验室环境做支持,不仅只能小规模的提取,而且制备真正的单层石墨烯成本不菲。广汽集团的方式则稍有不同,根据官方的介绍,广汽集团采用的是自主研发的三维结构(3DG)石墨烯制备技术,已经可以做到公斤级小试制备,并且已初步完成吨级中试产线的工艺设计和产线布局。

《电车知识学堂》石墨烯电池真能8分钟充85%吗?

图片仅做示意

三维石墨烯粉体的多孔网络不仅保持了原有二维单原子层石墨烯独特的性能,而且拓展了其很多方面的应用潜能。特别是3DG在保持了优异电导率的基础上,具有更好宏观机械特性与更高比表面积,不仅几乎没有任何结构缺陷,而且石墨烯层数还能控制在十层以内。

虽然广汽新能源官方并没有提及该制备方式的成本,但理论上应该是要比制备单层石墨烯的成本要低的,我们姑且认为这种方式的成本控制已经在可以接受的水平,并随着产量的上升还可以下降。

● 石墨烯电池

目前石墨烯电池技术有两个大方向,一种是将石墨烯作为电池正极镶嵌锂离子,另一种是作为导电剂存在。作为电极材料可以算是传统锂电池的改良版。传统锂电池一直采用多层石墨作为镶嵌结构。如果将石墨分成单层结构(石墨烯),石墨烯作为正极的锂电池的理论容量能达到传统锂电池容量的两倍以上。

《电车知识学堂》石墨烯电池真能8分钟充85%吗?

同时因为石墨烯结构本身的低电阻、高导热、高电子迁移率,其充电速度相比目前的普通锂电池也会有较大提升。

据了解,广汽新能源正是通过将3DG石墨烯添加到锂电池的正极材料中来实现充电速度的成倍提升。根据官方的说法:石墨烯快充电池则具备6C快充能力,经过实际的装车测试,8分钟就能充电至85%,实现和燃油车加满一箱油的时间相当。

纯电动车能够实现和燃油车相当的补能时间,听起来确实很诱人,不过我们仔细想一想还是能发现这其中的问题,那就是能量是守恒的,不管电池用的是何种高级材料,它充其量只能提升充电的效率,而不能凭空增加充入的电量,因此对充电速度影响最大的还是充电的功率。以目前主流新能源紧凑型轿车搭载的60kWh电池为例,想要达到6C的充电倍率,以不计算内阻损耗的理想工况为前提,充电的功率至少要达到360kW才能够做到,也就是说想要实现石墨烯电池的高效使用,还是需要大功率充电桩的建设。

不过总的来说,广汽新能源此次装车测试的石墨烯电池并非以往那些“智商税”产品,只不过距离真正的量产应用还有一段路要走。

● 写在最后

目前世界上第一款搭载800V高压系统并实现350kW大功率快充的量产车就是保时捷Taycan,但其配套的充电桩目前也仅在欧洲地区投入了18个,其极高的成本限制了大功率充电桩的铺设,虽然超豪华车本身的高售价抵消了部分成本,但也只是杯水车薪。

《电车知识学堂》石墨烯电池真能8分钟充85%吗?

但中国作为全世界最大的新能源车生产和使用国,我们也并不需要妄自菲薄,在2020全国两会上,国家已经宣布将重点支持“两新一重”建设,加快充电基础设施建设,只要随着石墨烯电池、固态电池等新型电池的发展和应用,大功率充电桩的建设也是势在必行的,我们也完全有能力做到。

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