【儀表網(wǎng) 儀表上游】近些年石墨烯一直是一個(gè)比較熱門的概念,作為2010年諾貝爾物理獎(jiǎng)的獲獎(jiǎng)成果,石墨烯的應(yīng)用前景被各界大為看好,在熱性能、力學(xué)、電子效應(yīng)等方面都具有特殊性質(zhì)的石墨烯甚至被一部分人譽(yù)為“可以改變21世紀(jì)的神奇材料”。今年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)將人們的目光帶向了鋰電池領(lǐng)域,在鋰電池尋找新的發(fā)展方向的同時(shí),石墨烯也早早開始了在新能源電池上的應(yīng)用探索。
從媒體的報(bào)道上看,石墨烯電池的研究似乎已經(jīng)有了較大的成果。早在2014年,西班牙的Graphenano公司就宣稱他們研制出了塊石墨烯聚合材料電池。我國(guó)也不堪落后,2016年,有媒體發(fā)布消息稱華為在石墨烯電池領(lǐng)域取得重大突破。今年6月,雅迪正式推出石墨烯電池,成為石墨烯電池商業(yè)化應(yīng)用的又一范例。然而現(xiàn)實(shí)真的如媒體報(bào)道的那樣嗎?
石墨烯電池至今沒(méi)有明確的定義,按照傳統(tǒng)電池的命名方式,我們可以暫且認(rèn)為石墨烯電池就是石墨烯在電池反應(yīng)中起到主要作用的電池。從這一角度出發(fā),目前報(bào)道中出現(xiàn)的石墨烯電池都名不副實(shí)。
媒體曾鼓吹過(guò)的華為石墨烯電池已被辟謠,華為對(duì)它的稱呼是“石墨烯助力的鋰離子電池”,石墨烯在其中的作用是利用良好的散熱性幫助鋰電池散熱,與石墨烯電池完全無(wú)關(guān)。而雅迪推出的石墨烯電池只是在傳統(tǒng)鉛酸電池中添加了石墨烯材料。三星也曾宣布開發(fā)出石墨烯電池,這個(gè)因?yàn)橹圃斐杀径鵁o(wú)法工業(yè)化的方案也稱不上是真正的石墨烯電池。首先參與到電池反應(yīng)中的并不是純粹的石墨烯,而是石墨烯球——由石墨烯包裹氧化硅形成的復(fù)合材料。其次,將石墨烯球直接作為負(fù)極材料,效率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于正常碳材料,更像是為了石墨烯而石墨烯。2017年浙大研發(fā)的鋁-石墨烯電池對(duì)石墨烯的利用比三星更進(jìn)一步,然而鋁離子電池在性能上還是無(wú)法超過(guò)鋰電池,并且制造這種石墨烯電極以目前的技術(shù)來(lái)說(shuō)難度依然很大,無(wú)法投入實(shí)用。
石墨烯電池的概念雖然頗受追捧,但現(xiàn)階段可行的石墨烯電池方案仍然存在于美好的預(yù)期中。即使是在鋰電池中的應(yīng)用,石墨烯依然面臨著許多難點(diǎn)。首先是制備成本,雖然十幾年來(lái),我國(guó)的石墨烯制備技術(shù)發(fā)展得很快,但相對(duì)于以噸為單位的傳統(tǒng)碳材料,按克出售的石墨烯還有很長(zhǎng)的路要走。其次是工藝不兼容,石墨烯的性質(zhì)和傳統(tǒng)導(dǎo)電碳材料不同,大表面積帶來(lái)的團(tuán)聚、褶皺等問(wèn)題都是現(xiàn)在的鋰電池制作工藝無(wú)法解決的,與調(diào)整工藝帶來(lái)的巨大成本相比,石墨烯電池目前能看到的收益有限。在容量上石墨烯電池也沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)力,以硅為負(fù)極的電池理論容量為石墨烯的近5倍。這些難題讓石墨烯在鋰電池中的應(yīng)用進(jìn)展緩慢,更不用說(shuō)真正的石墨烯電池。
從2010年開始,石墨烯進(jìn)入到大眾視線,開始了石墨烯研究的熱潮,到2015年中國(guó)的石墨烯行業(yè)出現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng),有數(shù)據(jù)預(yù)計(jì)未來(lái)五年石墨烯市場(chǎng)的年均復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)到56.39%左右,至2023年市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò)3000億元。石墨烯電池的大熱也只是石墨烯行業(yè)發(fā)展的小小體現(xiàn)。雖然媒體對(duì)石墨烯電池十分追捧,但置身其中的企業(yè)更應(yīng)腳踏實(shí)地,潛心研究,爭(zhēng)取早日突破,不要讓石墨烯電池僅僅成為一個(gè)噱頭。
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