鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：2619次 | 2021年04月23日
石墨烯電池：充電十分鐘能跑一千公里？
有關(guān)5V級鋰離子二次電池，一直是大家非常期望的一件事情，因?yàn)樽蛱斓膱?bào)告當(dāng)中大家也看到了，電池的門檻在提高，現(xiàn)在是在每公斤100瓦時左右，其實(shí)真正的單體電池來講，我們能夠?qū)崿F(xiàn)這個的也不多。所以真正的要超過200或者300，應(yīng)該指的是單體電池，因?yàn)槊考业闹评浼夹g(shù)，保溫技術(shù)都不相同。所以做到電動汽車上之后呢，第一，價格絕對不會是像昨天人們討論的每個瓦時一塊錢，或者做到200瓦時每公斤。
大家看一下這張圖，縱坐標(biāo)是電池的電壓，橫坐標(biāo)是容量，從這張圖上大家可以看得很清楚，我們現(xiàn)在的鋰離子電池無論是小型的鋰離子電池，還是電動汽車上用的動力鋰電池，無論是鈦酸鋰離子電池，還是磷酸鐵鋰離子電池，大概情況這上面看得比較清楚。大家可以看到下一代的電池技術(shù)，跟鈦酸鋰離子電池相比，它的電壓幾乎高出一倍，它的能量密度大家可以期待。關(guān)于未來，比如說我們要做到每公斤200瓦時，300瓦時，緊緊依靠這樣的材料還是不夠的。大家看看紅色的線，這也是一種特殊的，我們作為下一代電池材料推出的一個新材料，它的容量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過金殿的鈷酸鋰，或者三元材料。也是這樣的以錳、鈷、鎳為基礎(chǔ)的。當(dāng)然這也不是完全能夠全面提高電池能量密度這樣的技術(shù)，這里面還包括負(fù)極技術(shù)，有一種叫做硅的負(fù)極技術(shù)，可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過今天的碳級材料。
當(dāng)然，它在技術(shù)應(yīng)用上可能還有一定的時間問題，未來我想從電池的能量密度，從電池的壽命上講，很關(guān)鍵的未來的鋰金屬技術(shù)進(jìn)展非?？?，最終真正實(shí)現(xiàn)以鋰金屬為負(fù)極的這樣一個負(fù)極材料之后，我們的電池能量密度突破每公斤200瓦時，300瓦時是非常容易的，也就是幾年的時間問題。
最近幾天很多朋友跟我討論這幾年出現(xiàn)比較多的電池，像石墨烯電池等等，我今天想把時間重點(diǎn)從這個角度跟大家分享我們一些公開的這方面的一些資料。石墨烯電池是過去幾年炒得非常熱的一個電池，這個電池到底怎么樣?我們有報(bào)道，說十分鐘充電跑一千公里，到底是怎么回事呢?能做到那樣子嗎?電池人們是把它做出來了，但是是什么樣的電池呢?到底跟我們今天的電池有多大的差別呢?石墨烯是什么呢?大家一起先了解一下。
石墨烯是進(jìn)入本世紀(jì)以來人們發(fā)現(xiàn)的一種新材料，它并不是五誰誰誰合成出來的一種新材料，它在傳統(tǒng)的礦物質(zhì)當(dāng)中它就是存在。所以因?yàn)檫@件事，因?yàn)閺氖?dāng)中提取出來的這樣一種非常有價值的，導(dǎo)電性能非常好的石墨烯。所以大家都看到，對這件事情十年前科學(xué)家們獲得過諾貝爾獎，在這之后，因?yàn)槭┯兄浅：玫奈锢硇再|(zhì)，化學(xué)性質(zhì)，它已經(jīng)被應(yīng)用到很多方面，而且它潛在的未來價值是十分巨大的。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
有人報(bào)道，這個報(bào)道我也沒有看到真正原文的報(bào)道，中文的報(bào)道是翻譯的問題還是什么問題，我們應(yīng)該繼續(xù)看一下。按照它的說法，這個電池的儲電量是目前市場最好產(chǎn)品的3倍，用這種電池供應(yīng)電力的電動汽車最多能行駛1000公里，充電時間不到8分鐘。我想對這件事進(jìn)行一下分析，跟我們現(xiàn)在電池到底有多少差別呢?它講了，這種石墨烯聚合材料，電池的使用壽命較長，是傳統(tǒng)氫化電池的四倍，是鋰離子電池的兩倍。雖然石墨烯很特殊，它的成本將比鋰離子電池降低77%，我想就這個疑問我們分析一下。什么叫行駛1000公里?什么叫充電不到8分鐘?什么價格是傳統(tǒng)電池的一半?
有關(guān)電動汽車或者電池的充電問題，我想10分鐘或者8分鐘的充電，我們今天的電池完全可以做到這一點(diǎn)。大概用10C這樣的倍率去充電，對今天我們的多元正極金屬復(fù)合氧化物來充電是非常容易做到這一點(diǎn)的。大家記得很清楚，2000年的時候，我們最有名的自然科學(xué)雜志上，外國人發(fā)表了一篇文章，在15年前就預(yù)言，我們喝一杯咖啡，就能讓我們的電池充滿電了。15年過去了結(jié)果怎么樣?僅僅從材料評價的結(jié)果，得出放大好多倍的一直延遲到電動汽車的結(jié)論，今天的結(jié)果大家是很清楚的。從材料角度講導(dǎo)電性能好，做到這一點(diǎn)是沒有問題的。但是實(shí)際情況呢?2008年北京奧運(yùn)會的時候我們記得非常清楚，50輛電動公交車要充電，為這件事情北京曾經(jīng)前后半年左右，為電力的問題，最后也不得不決定，不可能執(zhí)行這樣的一個大功率的充電。
大家都了解我們今天的電網(wǎng)的基礎(chǔ)是在什么上建成的?10C意味著什么呢?比如說要行駛1000公里，按照昨天沃爾沃給出的數(shù)據(jù)，昨天比亞迪也給出數(shù)據(jù)了，通常我們行駛100公里，小轎車至少要15千瓦，20千瓦時的電池，假如要行駛1000公里，就意味著什么呢?我們要用幾百千瓦時的電池。假如再用10C去充電，它是什么樣的動力呢?我們今天城市的電網(wǎng)是根本做不到這一點(diǎn)。從技術(shù)上講沒有任何問題，我們做不到。
另外，今天我們要推廣的比如說家用轎車，假如簡單地，我們不用考慮充電樁的問題，假如我們把車開回家，在我們自己電源上能夠充電是最方便的，最便宜，最簡單的，是最容易實(shí)現(xiàn)的。城市的充電樁就是因?yàn)檫@些大功率，想快速充電，這個問題現(xiàn)在實(shí)現(xiàn)不了。所以我們今天追求什么呢?比如說我們要用家里的電源充電，我想兩個小時，三個小時足可以解決這種問題。
所以的話，從石墨烯電池的報(bào)道，講8分鐘充電，我們的電池也可以做到。但是到底有多大的意義呢?另外續(xù)航里程的問題，他說了，最多可以行駛1000公里。今天我們的電池，我覺得鉛酸電池多可以行駛1000公里。所以對電動汽車來說，不能僅僅用行駛距離去描述，一個車上完全拉電池不拉人的話，跑2000公里都沒有問題。概念是什么呢?我覺得應(yīng)該是講單體積或者單位重量的電池，能驅(qū)動一定重量轎車，這樣的距離去描述電動汽車的先進(jìn)性。比如說電池的能量密度。所以的話呢，我想這個事大家就應(yīng)該很清楚了。
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測繪、無人設(shè)備
另外，我們的電動汽車到底應(yīng)該配置多少電池?到底應(yīng)該設(shè)置到多少公里合適呢?比如說在巴黎有人做過統(tǒng)計(jì)，平均大家上下班開車只走25公里左右，像東京也就60、70公里，北京呢?能有多少公里呢?有必要給它配置1000公里的電池嗎?在目前電池是很貴的，所以要想做到一個大家能接受的，電動汽車適當(dāng)?shù)嘏渲秒姵?，適當(dāng)?shù)乜紤]它的充電速度，這個我們可能實(shí)現(xiàn)得更快一些。當(dāng)然，其他的技術(shù)我們也在考慮。
有關(guān)鋰離子電池的壽命，昨天比亞迪老總的報(bào)告看得很清楚，我們跑30萬公里，50萬公里，按照充一次電跑200公里算，這個壽命很長很長，不管他們的技術(shù)如何，我們鋰離子電池的壽命在目前的基礎(chǔ)上比較兩倍是非常容易實(shí)現(xiàn)的。但是我們還有很多其他技術(shù)沒有跟上來，今年年初我做了一個報(bào)告，國家電網(wǎng)提出來，為何他們買的電池回來單體電池做測試壽命都不錯，但是把它組合起來作為模塊使用，迅速地衰減，電池之間相互差別迅速地?cái)U(kuò)大，為何會出現(xiàn)這樣的問題呢?我們使用過程當(dāng)中的問題太多了。
有關(guān)電池的重量，剛才我說了，只要我們的高電壓材料，我們更合適的電解質(zhì)材料，給我們的材料實(shí)現(xiàn)之后，重量能量密度提高兩倍是很簡單的事情，我們要實(shí)現(xiàn)，明天我們就可以實(shí)現(xiàn)了。所以那樣的石墨烯電池，它跟今天的鋰離子電池概念在結(jié)構(gòu)上是有很大差別的，所以希望大家多關(guān)注一下。
有關(guān)電池的價格，他說要便宜77%，算得非常準(zhǔn)確，我想大家用不上多長時間就會看得很清楚，我們今天我國單體鋰離子電池的價格昨天大家已經(jīng)討論過了，1瓦時1塊錢，很便宜了，接近鉛酸電池，鉛酸電池有多貴呢?但是國外就不是這樣的，比如說他是按照國外鋰離子電池的價格算的，在西班牙也好，在歐洲也好，或者在北美也好，至今都看不到一個像樣的，沒有人在那兒做這些事，所以大家很難想象他們鋰離子電池的價格。到日本的市場上大家可以看清楚，一塊攜帶電話的電池，人民幣至少都是在一兩百塊錢，沒有像我們今天這么便宜。所以它這個價格是跟什么地區(qū)的價格做比較呢?我希望大家多了解一下。
這個事就說到這里，有關(guān)跟剛才石墨烯電池做比較，我想我們多元金屬氧化物正極鋰離子電池的電化學(xué)特性也給大家介紹一下，這有幾張圖，這是我們比較早年的依據(jù)了，十年前我們就為北京的數(shù)百輛混合動力的電動公交車供應(yīng)過這樣的電池模塊，大家可以看左下角的8C充電，10C放電，進(jìn)行了一千多次的充放電，這是十年前的結(jié)果。假如1C充放電是什么樣子呢?這是一個5萬次的結(jié)果，其實(shí)作為高功率電池的話性能是非常好的，所以它的使用壽命問題，我們不應(yīng)該再過多擔(dān)心。
簡單地說一下石墨烯，因?yàn)槭┪蚁胗猛緯浅V的，作為一個新材料，被大家發(fā)現(xiàn)十年了，今后在各個領(lǐng)域都有非常好的用途。從化學(xué)上講，它是一個最簡單的碳這樣的一個分子，在座的都學(xué)過化學(xué)，它跟苯是相同的結(jié)果，6個碳組成的一個環(huán)狀物，據(jù)說在過去在石墨里面沒有人注意到，所以它的特性在長時間沒有被人們意識到。好在有心人終于在十多年前把它分離出來了，并且因?yàn)檫@件事情，因?yàn)閷λ男阅苎芯浚@得過諾貝爾獎。
石墨，金剛石，還有石墨烯，它的差別就在這個上面，金剛石為何硬呢?金剛石也是由碳組成的，金剛石里面完全是由碳組成，碳和碳之間全部都是原子之間的用途力。石墨不相同，石墨可以說是這樣的石墨烯一層一層地疊加，它之間靠的是另外一種用途力，它不是像金剛石那樣，每層之間金剛石都是碳和碳直接的原子之間的用途力。石墨不是這樣，石墨烯就是單層的，在這個二維空間上延展的這樣一個化學(xué)物質(zhì)。從這個上面大家可以看得很清楚，什么叫富勒烯，也因?yàn)檫@個獲得過諾貝爾獎，或者什么叫納米碳管，它形成一個三維物體的時候就成為今天的石墨。因此石墨烯是構(gòu)成其他石墨材料的基本單元。石墨烯的基本結(jié)構(gòu)單元為有機(jī)材料中最穩(wěn)定的苯六元環(huán)。
單層石墨烯，雙層石墨烯，多層石墨烯，這樣的石墨烯材料它的化學(xué)結(jié)構(gòu)也好，它的物理性能也好，很多東西還有待于人們?nèi)パ芯克５茄杆俚匕阉闱宄?，把它的?yīng)用做到前面去，我想我們在座的很多人都已經(jīng)開始這樣的工作了。據(jù)說有的朋友已經(jīng)在這方面做出非常重要的進(jìn)展，但是從剛才國外報(bào)道電池這個角度來看，下面也有別的朋友會討論，石墨烯毫無疑問是會非常有價值的未來。
先進(jìn)的電池我們要關(guān)注，落后的電池，過去的電池我希望大家也不要忘記它，昨天我簡單地說了一下鉛酸電池的問題，現(xiàn)在太可怕了，到了一種什么程度呢?我們一些礦山，采礦地區(qū)，導(dǎo)致的健康問題，我們國家已經(jīng)有大量報(bào)道。但是最近在我們的食品當(dāng)中，在牛奶，在乳制品，在很多方面都出現(xiàn)了嚴(yán)重超標(biāo)的問題。它會導(dǎo)致什么呢?因?yàn)闀r間的關(guān)系，我在這兒就不想多說了。總之，尤其是兒童，我們的后代，會嚴(yán)重地受到鉛污染的影響。所以減少鉛酸電池的使用，抓緊鉛酸電池的回收，今天我們大量的鉛酸電池使用完了之后被直接就地掩埋了，這是最嚴(yán)重，最可怕的問題。
因?yàn)闀r間關(guān)系，最后我想講我們電池應(yīng)用問題，一個是未來儲能方面，鋰離子電池會迅速進(jìn)入這個領(lǐng)域。另一方面，剛才我說到了鉛酸電池，鉛酸電池，既然我們鋰離子電池到了1瓦時1塊錢了，汽車上的我覺得我們應(yīng)該考慮用鋰離子電池來取代它了。今后在太陽能，在風(fēng)能其他自然能源的利用方面，鋰離子電池是會非常有應(yīng)用價值的，今天的價格已經(jīng)到了這樣的程度。有些朋友已經(jīng)開始做這方面的工作了。
舉一個簡單的例子，比如說最近幾個千瓦，幾十個千瓦這樣小型團(tuán)體的邊防哨所，海島，使用這樣的例子已經(jīng)大規(guī)模地出現(xiàn)了。很多人比如說在蒙古草原，大概有十萬戶牧民還沒有電的，西藏有七十萬牧民完全沒有電的，云南山上的村民也有很多沒有電，這樣的小型裝置是完全可以解決這樣的問題的。所以把我們的鋰離子電池應(yīng)用迅速地拓展，新的市場是會非常大，也會有利于我們在這些領(lǐng)域當(dāng)中搶占一些制高點(diǎn)。
鋰離子電池我覺得當(dāng)前最迫切的幾個課題我想說一下，安全性跟可靠性是一定要改善的，這幾年燃燒爆炸的問題太多了。其實(shí)我們電動汽車并不是說像人們想象得那么簡單，幾百公斤的電池搭載到汽車?yán)锩妫蛱煊腥斯_報(bào)道，特斯拉搭載了七百多公斤的電池，能跑多少公里呢?它的安全性、可靠性到底怎么樣呢?我們國內(nèi)的很多汽車廠家的電池壽命，它的容量快速衰減，大家都是有目共睹的。所以可靠性、安全性必須要抓緊時間改善這個問題。
