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关注|石墨烯电池技术是噱头还是黑科技?

日期: 2017-08-02
浏览次数: 32

石墨烯因其强大的导电性能而被认为是革命性储能材料。近年来,随着新能源汽车和移动通讯设备的发展,利用石墨烯改进、提升动力、储能电池材料的性能,正成为业内关注的焦点。在新能源汽车领域,“石墨烯电池”概念被反复提及,似乎已成为目前电动汽车电池技术的突破口。石墨烯技术电池被称为是“里程碑式的黑科技”,号称能够延长续航里程、电池寿命,同时缩短充电时间。然而一直以来,伴随着追捧,争议也从未间断。

处在风口浪尖的“石墨烯电池”到底是概念炒作,还是真的将迎来市场化契机,仍需要客观看待。“石墨烯电池”不存在石墨烯材料与传统电池材料混合,能够显著提升电池充放电、循环寿命等,它也成为动力电池企业在新一轮市场竞争中的制胜点。不可否认,石墨烯应用工艺创新、研发,一直是制约我国电池相关行业实现产业升级的难题。石墨烯若能真正有效提升动力电池容量、实现快速充电,它将直击动力电池大规模推广的痛点,而且对铅酸电池行业的产业升级具有重要意义。从这个层面来看,动力电池或将是石墨烯规模化应用的契机。对全国石墨烯产业进行调研、考察后,我们发现,将石墨烯作为基础材料添加到现有各类电池材料中,已成为国内各主流电池企业的普遍做法。

石墨烯在电池领域的应用形式,无外乎三种:一是直接作为正/负极材料;二是作为导电添加剂,添加到正/负极电极材料中,或对电极材料进行复合改性处理,提高电极导电性和充放电倍率;三是作为集流体或集流体涂层,用于提高电池功率特性。目前,石墨烯在锂离子电池上的应用主要采取后两种方式。因为石墨烯直接作为负极材料时,其表面特性容易受外界影响,稳定性极差,存在首次效率低下等问题,难以满足锂离子电池性能需求。锂离子电池作为新能源汽车战略新兴产业的重要组成部分,是投资者争相关注的热点,部分群体进行炒作在所难免。但是准确地讲,当前并没有所谓的“石墨烯电池”。

之前,华为生产的石墨烯锂电池曾一度爆热。但是在公开资料中,石墨烯只是作为华为该款电池的散热材料,用于提升锂离子电池散热性能,并没有直接使用石墨烯材质制作电池主体。石墨烯确实能够提高电池性能,但是它在电池材料中主要是作为辅助材料(添加剂)使用。作为21世纪最具创新价值的新材料,石墨烯在汽车电池领域具备很好的应用潜力。石墨烯将大有可为作为目前最薄、最坚硬、导电导热性能最强的一种新型纳米材料,自2004年问世以来,石墨烯就一直处于科研前沿,备受关注。

石墨烯产业应用最大的领域是复合材料。复合材料产业体量非常大,应用范围非常广泛,从军用到民用。它也能与未来的新能源汽车、无人飞机、电动游艇的制造材料相配合。在汽车的每个细分产业,石墨烯都蕴藏着巨大的市场与商机。以动力电池领域为例,石墨烯是具有良好应用前景的锂离子电池正负极材料。同时,石墨烯聚合材料电池的重量仅为传统电池50%,成本将比锂电池低77%。石墨烯加入到锂电动力电池内,能将电芯内阻减小至最小,有效地解决了阻碍锂电池产品快速充电的技术瓶颈,同时大大延长电池使用寿命。从性能来看,石墨烯锂电池充电一次,耗时不超过10分钟;单位质量的锂电池容量,从目前的约0.1千瓦时/千克,提高到了1-15千瓦时/千克,电池重量也可降低90%以上。

示范化应用待解石墨烯材料从实验室到工程化应用,再到商业化,还有很长的路要走,更需要做好石墨烯及其改性材料在工业产品中的首批次示范应用。石墨烯在动力电池上的应用,要以市场需求为牵引,聚焦、破解关键技术和突出问题;聚集产、学、研、用等创新要素,搭建更宽广的全产业链发展和创新平台;并积极与新能源整车企业开展合作。在电动物流车、运输车、出租车及其它专用车的电池配套产品开发、市场开拓、资本合作等方面,实现强强联合,将助推石墨烯材料在新能源领域的应用。

在新一轮产业升级和科技革命的背景之下,新材料产业将成为未来高新技术产业发展的基石和先导。未来,整个产业需要稳步推进,实现石墨烯材料应用市场的开发,将石墨烯打造为提升传统产品性能的“味精”,以及加快下游产业升级的“维生素”,进而做大、做强中国工业。

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