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命名的困惑 石墨烯牵手电动车仍有待时日

导读: 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。

  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”引起了各方的关注。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拓新的市场。

  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,如天然石墨、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。

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