浙江大學(xué)研究團(tuán)隊近日研發(fā)出一款新型“鋁—石墨烯”超級電池,展現(xiàn)出秒充、長壽、耐熱、抗凍的美好前景,引起網(wǎng)絡(luò)和業(yè)界關(guān)注。這種超級電池真有那么神嗎?進(jìn)入我們?nèi)粘Ｉ钸€有多遠(yuǎn)?

“超級電池”性能優(yōu)異

浙江大學(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)系的高超團(tuán)隊,近期研制出一款新型“鋁—石墨烯”電池,正極是石墨烯薄膜,負(fù)極是金屬鋁,短短幾秒便可充電完成。

在“比容量”和“倍率”等評判電池性能的關(guān)鍵指標(biāo)上,這種“超級電池”展示出優(yōu)異性能。循環(huán)充放電25萬次后依然電力十足;可以在—40℃到120℃的環(huán)境中工作,可謂既耐高溫,又抗嚴(yán)寒,電芯暴露于火焰中時也不會起火或爆炸;即使彎折一萬次后,容量也能夠完全保持。

“石墨烯能夠提高鋁離子電池的瞬間輸出功率,極限環(huán)境下也能使用,將來可以與鋰電池或其他技術(shù)互補聯(lián)用,解決電動車低溫啟動和高溫運行安全等問題?！闭憬髮W(xué)高分子科學(xué)與工程系教授高超說。

除浙江大學(xué)外,國內(nèi)外的多家實驗室都在探索用石墨烯材料提升電池性能,包括美國斯坦福大學(xué)、中科院寧波材料所都曾用石墨烯材料代替電池的核心材料,制備出令人矚目的“超級電池”。

產(chǎn)業(yè)化仍存多重挑戰(zhàn)

雖然我國石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展態(tài)勢較好,原料制備問題正在陸續(xù)解決,下游應(yīng)用正在開啟,但實驗室里的“超級電池”要走進(jìn)千家萬戶,產(chǎn)業(yè)化之路仍然漫長。

“實驗室中實現(xiàn)優(yōu)異性能,還不代表就能夠產(chǎn)業(yè)化;一般情況,從實驗室研究到產(chǎn)業(yè)化需要少則數(shù)年,多則幾十年的時間?！敝锌圃簩幉ú牧纤?a href="/keywords/dlldc/" class = "seo-anchor" data-anchorid=126 target="_blank">動力鋰電池工程實驗室主任劉兆平說。

劉兆平認(rèn)為,鋁—石墨烯超級電池的電極液匹配性,是目前面臨的主要技術(shù)瓶頸;另外,這種“超級電池”能量密度偏低,這意味著它還不宜單獨作為電動車的電源使用。

高超也認(rèn)為,“超級電池”的目標(biāo)是兼具高能量密度和高功率密度,科學(xué)上已可以實現(xiàn)。不過,目前的鋁—石墨烯電池,其輸出電壓、正極材料的比容量(編注:比容量是單位質(zhì)量或單位體積的電池或活性物質(zhì)所能放出的電量),以及電池極片活性物質(zhì)的單位面積負(fù)載量等指標(biāo),還有較大的提升空間,“其能量密度也不足以與鋰離子電池相匹敵,今后還需在保持高功率密度的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高能量密度。目前經(jīng)典的離子液體電解質(zhì)價格較貴,如果可以找到更廉價的電解質(zhì),商業(yè)前景將更寬廣?！?br/>
高超表示,實驗室科學(xué)研究的主要任務(wù)是推進(jìn)認(rèn)知的極限,而要解決存在的技術(shù)問題和工程問題,需要在資金及人力上加大投入,才能推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化。

市場上的“石墨烯電池”多是“噱頭”被稱為“新材料之王”的石墨烯,盡管在資本市場上被炒得火熱,但研究和應(yīng)用方面實際上才剛剛起步。

在電子消費領(lǐng)域,不少廠商都把充電時間和電池容量作為追逐目標(biāo),如今鋰電池是電子產(chǎn)品的“標(biāo)配”,卻在安全性、續(xù)航能力、充電速度上存在較大短板。因此,作為目前發(fā)現(xiàn)的最薄、強度最大、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能最強的一種新型納米材料,石墨烯被寄予諸多期待。

石墨烯在研究和應(yīng)用方面實際上才剛剛起步。(圖片來自網(wǎng)絡(luò))

然而,梳理對比研究機構(gòu)的最新突破和市場最新產(chǎn)品,不難發(fā)現(xiàn),許多廠商推出的“石墨烯電池”多是打著“石墨烯”招牌進(jìn)行營銷,而非真正的技術(shù)突破。這些產(chǎn)品中,石墨烯主要作為導(dǎo)電添加劑替代炭黑,作用僅是提升導(dǎo)電性能。

“石墨烯若是作為導(dǎo)電劑存在,意味著電池沒有變革性進(jìn)步,只能算是一點改良。所謂石墨烯電池應(yīng)該是石墨烯材料和硅等新一代材料進(jìn)行復(fù)合,作為電池中核心的、不可替代的成分,這樣的‘石墨烯電池’才是未來的方向?！眲⒄灼秸f。