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石墨烯电池成功未央

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发表于 2016-9-21 19:17:57 | 显示全部楼层 |阅读模式
近日,一种名为“烯王”的电池问世,该生产公司称其为石墨烯基锂电池。与普通电池相比,在满足5C(C表示电池充放电时电流大小的比率即倍率)条件下,石墨烯基锂离子电池可以实现15分钟内快速充放电。

此前媒体报道的资料显示,该产品的石墨烯基锂离子电芯主要为18650圆柱电芯,正极采用石墨烯/磷酸铁锂复合材料,具有快速充放、循环寿命长、高低温性能佳等优点。而且,它还可在-30~80℃环境下工作,循环寿命更高达3500次左右。

生产公司表示,电芯具有良好的大倍率充放电性能和循环性能,可适用于移动能源、汽车动力电源、启停电源、无人机产品等,但遗憾的是,业内其他相关配套跟不上。

一时间,“烯王”引起了各方的目。因为自从石墨烯电池概念问世以来,围绕它的讨论一直沸沸扬扬,其中最关键的焦点问题有二:其一是它理论上可以实现的高性能,其二则是它的命名以及是否能成真。

难以实现的快充

早在几年前,石墨烯电池就被电动汽车行业寄予厚望。因为众所周知,电动汽车电池容量较大,充电时间较长。如果有一款经济实惠且耐用的快充电池提供给电动汽车,相信一定会为电动汽车开阔新的市场。

但是由于种种原因,千呼万唤的石墨烯电池却一直没有在电动车市场露面。

复旦大学高分子科学系教授卢红斌在接受《中国科学报》记者采访时解释了石墨烯电池“难产”的原因:在电池的学术领域中,快速充电一直是追求的目标,但是电池结构本身与快速充电两者之间有些“矛盾”。

“电池一般包括正极、负极、电解液和隔膜。理想状态下,电池中的电荷在两极之间自由通过,同时电解液不发生变化,隔膜也不被破坏。但实际上,这样的理想状况很难实现,尤其是在快速充电情况下。”卢红斌说道。

但在实际应用中,电荷“游走”在正负两极之间时,可能出现电池内部温度升高,电荷工作环境甚至电极结构发生改变,随之影响电解液(如分解放出气体)和隔膜(形成的晶体破坏隔膜)。当高速充电时,电荷迁移速度加快,就更容易让电池温度升高,一些不期望的副反应甚至结构性破坏就可能发生。

“所以说,高速充电对电池结构、隔膜、电解液的要求都将大幅提升。”卢红斌解释道。

当然,电荷运动的快慢与正负极的材料本身也有一定关系。目前市面上流行的两种电池包括磷酸铁锂电池和钴酸锂电池,前者因安全性好多用于电动汽车,后者价格相对低廉多用于手机。在这两种电池中,阳极往往采用能吸藏锂离子的碳极,放电时,锂离子脱离电池阳极,到达电池阴极;负极材料选择余地相对较大,包括各种碳材料,如然石墨、合成石墨、碳纤维等。

但无论采用哪种材料,如果无法解决上述问题依然做不出真正的长寿命快充电池。此时,石墨烯开始进入了科研人员的视野。

2015年,美国伦斯勒理工学院的研究者发现,使用石墨烯作为电池的阳极材料,其充放电速度将超过锂离子蓄电池的10倍。而此次“烯王”采用的是磷酸铁锂与石墨烯搭配作为电池正极。实际上,如前所述,电池能否快充,除了正极以外,其他各个部分的协调匹配同样重要,尤其是涉及电动汽车使用的动力电池,安全、高效和长寿命往往需要同时满足。

命名的困惑

不可否认,使用石墨烯作为电池的阳极材料的确在一定程度提高了快速充放电性能,但业内人士认为,因为添加了石墨烯材料,就将锂离子电池命名为石墨烯电池也是不妥的。

哈尔滨工业大学化工学院电化学科学与工程系教授袁国辉在接受《中国科学报》记者采访时表示:“石墨烯电池的概念不符合行业命名原则,也不是行业共识。从专业的角度,电池的命名一般是遵循‘正极—负极活性材料’的规则,锂离子电池充放电时,成流反应是锂离子在正、负极材料中的嵌入和脱出的贡献。电极中添加石墨烯材料时,石墨烯的主要作用是提高电极的导电性,尽管可以提高电池的性能,石墨烯的角色并不是锂离子电池正负极的活性材料。”

卢红斌也同意业内人士对于石墨烯电池的命名不赞同,但是在市场中,对于广大用户来说,加了石墨烯的锂电池性能得到改善,将之命名为石墨烯电池可以接受。

相比命名问题,卢红斌则更关心,石墨烯电池是否能达到期望的使用效果。

还须市场检验

虽然“烯王”在宣传时打出了15分钟快速充放电的宣传标语,但卢红斌认为,作为充电宝来说,市面上普通的充电宝的价值不过100元左右,但是石墨烯电池的成本较高,是普通锂电池的4倍左右,使用者是否会选择石墨烯的充电宝还是未知数。而且,具体能否达到循环寿命的理论值也有待使用者发掘。

“我们期望电池有突破,特别是中国市场对高性能电池的需求,让这一驱动力更强。电子产品领域有期待,电动汽车领域更加期待。”卢红斌说,有期待是一回事,要想开发出满足市场需求的产品还需要一个过程。

事实上,为了改善电池性能,除了石墨烯外,研究者还发现了不少其他材料实现电池的快充,这其中也有不少平衡性价比的选择。

卢红斌认为,满足手机充电的充电宝石墨烯电池问世,并不能代表电动汽车石墨烯电池曙光的到来。

此外,一位不愿透露姓名的电动车业内人士也在采访时表示,电动车快充需要实现的前提条件较多,除了电池本身的因素,还有对充电站甚至充电线的要求,因为每条电缆通过的电流有限,如果需要实现快充,就需要增加电缆数量,充电线的横截面扩大,重量增加,降低了便捷性。

“目前还没有相关权威机构公布的测试数据,因此无法评论。不过,如果是好的产品,一定会有市场。” 袁国辉表示,市场、时间会对产品做出最好的评判。
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 楼主| 发表于 2016-9-21 19:26:20 | 显示全部楼层

(原标题:全球首款石墨烯电池产品中国上市:充电时间仅原来1/24)
石墨烯再次成为资本市场的热点。其中,东旭光电(000413)在9月8日推出全球首款石墨烯基锂离子电池产品后,在接下来的三个交易日大涨了18.5%,在9月13日更是强势涨停。
东旭光电推出的首款石墨烯基锂离子电池产品是充电宝。据东旭光电提供的数据,该充电宝完成充电只需15分钟,仅为普通充电产品的1/24。不过,这款充电宝的尺寸较一般产品要大一些,长、宽、厚分别为115毫米、78毫米、24毫米,重量半斤多,容量为4800mAh,全国零售价为399元。同时,这款充电宝还带有一个不小的适配器。

“烯王”充电宝及适配器
东旭光电副总经理、石墨烯产业负责人王忠辉称,“烯王”充电宝的核心就在于采用了4节18650型石墨烯基锂离子电池。在石墨烯基锂离子电池中,由纯度99%以上的单层石墨烯包覆的磷酸铁锂正极材料,加快了导电性,使得充电宝可以实现快速充电。
18650型是一种电池的规格,是电子产品中比较常用的锂电池,常在笔记本电脑的电池中作为电芯使用。该型号具体定义的法则指的是,电池直径为18mm,长度为65mm,圆柱体形的电池。知名电动车特斯拉的电池板就使用了7000多节18650型锂离子电池。
不过,有业内人士称,上述充电宝的性价比并不是特别高。首先在使用和携带方便性上来说,同等容量的电池,“烯王”充电宝略显笨重,还比普通的充电宝又多了一个同样笨重的适配器。王忠辉解释称,因为“烯王”充电宝在5C(C 表示电池充放电时电流大小的比率即倍率)条件下,才能实现不到15分钟的快速充电,市面上的适配器并没有合适的。通过该适配器,能使得充电电压和电流达到较高的16V和5A,才能使“烯王”充电宝快速充电。普通的USB充电模式电压只有5V,倘若用普通的USB数据线来充电,充电时间为2.5h,并不能达到快速充电的目的。
其次,目前“烯王”充电宝只能实现快速充电,却无法实现快速放电。因为目前大部分的电子产品中的电池并非是石墨烯基锂电池,“烯王”充电宝在放电给电子产品时,速度和普通的充电宝并无差别。
此外,因为石墨烯的生产成本较高,导致该充电宝的成本也比同类(非石墨烯)产品要高。“烯王”充电宝定价为399元,为市场上同类非石墨烯、容量为4800mAh左右的充电宝市场售价均在100元以下,仅是“烯王”充电宝的1/4。不过,碳源汇谷总经理吴海霞解释称,不应简单对比价格,因为其充放电的次数达到3500次,以平均每天充电一次,则至少可以用10年,这是普通充电宝寿命的好几倍。
中国石墨烯产业技术战略联盟秘书长李义春对澎湃新闻(www.thepaper.cn)称,目前“烯王”充电宝只是个初级的产品,还允许其有完善的空间。
试水充电宝或许只是东旭光电大力发展石墨烯基锂离子电池的第一步。
东旭光电是国内最大的液晶玻璃基板生产商,为液晶显示器提供关键的零部件。最近两年,其开始布局石墨烯领域。2016年3月,东旭光电完成了对碳源汇谷的收购。碳源汇谷是一家拥有单层石墨烯制备技术和石墨烯基锂离子材料和电池的企业,成立于2014年。在东旭光电完成对碳源汇谷的收购前,吴海霞和上海交通大学教授郭守武共计持股64%,为碳源汇谷的实际控制人,两人的团队在石墨烯领域有着多年的研究经验。
东旭光电看中碳源汇谷的无非是其在石墨烯领域的研究经验和多项专利。如今,东旭光电持有碳源汇谷50.5%的股权。
东旭光电为了加大对该领域的投资,其对泰州石墨烯基锂离子电池项目的投资金额由原来的5亿元增加到16.5亿元人民币,建设内容也进行大规模扩展,石墨烯生产线规模由年产3吨提升至年产100吨,锂电池正/负极材料由建设一条年产300吨级的生产线大幅扩展至石墨烯包覆磷酸铁锂年产3000吨、石墨烯包覆三元材料年产3000吨、石墨烯包覆负极材料年产5000吨;同时石墨烯基锂离子电芯和pack年产也由1.5亿Wh大幅增加至1GWH。
与下游的应用合作方面,东旭光电也开始布局。在近日的新闻发布会上,东旭光电和北京市动力源科技股份有限公司、军工企业中国人民解放军第1001工厂(西安航光仪器厂)等几家企业签署了战略合作协议。一家来自西安的企业负责人对澎湃新闻(www.thepaper.cn)称,其和几位投资人有意在西安引进东旭光电在泰州的部分生产线,并希望和比亚迪西安新能源汽车基地建立合作为其供货,目前还在初步商谈中。
不过,同样对此技术感兴趣的一家新能源电动汽车生产商却显得比较谨慎,其是来自山东的一家中小型公司。
该公司的负责人对澎湃新闻(www.thepaper.cn)称,虽然他们目前对东旭光电的石墨烯基锂离子电池也比较感兴趣,但因现在电池的容量比较小,价格相对来说也比较高,使得他们不敢很快地做决定。其称,东旭光电18650型石墨烯基锂离子电池的报价大概是20元/个,目前市面上使用的同类(非石墨烯)产品价格大概为5元/个。而电池在新能源电动车的成本约占一半,这样的报价意味着汽车的成本将会增加1.5倍,市场的接受度如 何还未可知。
上述人士还称,目前其和东旭光电针对电池的价格还在谈,如果大批量生产后,价格可能还有很大降低的空间。其公司也有意向和东旭光电合作,生产加工石墨烯基锂离子电池,供应北方地区的使用。不过,除了价格外,该人士还有其他方面的担忧。其称,大容量的石墨烯基锂离子电池如何快速充电还是一个问题。同等大容量的电池,快速充电所需要的电流肯定会更大,电流大意味着充电电线就会比较粗,这能否和如今的充电桩搭配还是一个问题。就和目前的“烯王”充电宝一样,要有单独的适配器才能快速充电。
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 楼主| 发表于 2016-9-21 19:34:23 | 显示全部楼层
石墨烯电池又是什么鬼?
  石墨烯电池的能量密度高达600Wh/kg,而一块锂电池(以最先进的为准)的比能量数值为180wh/kg。
  换句话说,一辆电动汽车如果想达到设定的动力蓄电池组总能量,配备石墨烯电池的重量只需普通动力电池的八分之一即可(石墨烯电池本身的重量仅为传统电池的一半)。理论上来说,其使用寿命也是传统氢化电池的四倍,锂电池的两倍。
 但是,纯粹的石墨烯电池,目前维基百科也没有定义。即便是当年西班牙Graphenano和Cordoba合作的著名石墨烯电池,在brag about2015年即将量产之后,我们给了他两倍时间也没找到量产的一根头发丝儿。
  目前,市面上大部分所谓的石墨烯电池都是在锂电池等电池中通过技术手段添加一些石墨烯,更多还是作为辅助材料的“配角儿”。
  上道儿的比如正道,会老老实实说,我们这是石墨烯钛酸锂电池;路子野的,比如东旭光电,哪怕自己确实造的就是石墨烯基锂电池,却要在新闻通告中大放厥词说自个儿已经造出了世界上首个石墨烯电池,还不忘说一句:恭贺祖国!简直尴尬癌都要犯了。
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