石墨烯電池大規(guī)模推廣應用有待時日

【亞洲密封網(wǎng)訊】雖然“烯王”在宣傳時打出了15分鐘快速充放電的宣傳標語，但是石墨烯電池的成本較高，是普通鋰電池的4倍左右，使用者是否會選擇石墨烯的充電寶還是未知數(shù)。而且，具體能否達到循環(huán)壽命的理論值也有待驗證。

石墨烯電池大規(guī)模推廣應用有待時日

近日，一種名為“烯王”的電池問世，該生產(chǎn)公司稱其為石墨烯基鋰電池。與普通電池相比，在滿足5C(C表示電池充放電時電流大小的比率即倍率)條件下，石墨烯基鋰離子電池可以實現(xiàn)15分鐘內(nèi)快速充放電。

此前媒體報道的資料顯示，該產(chǎn)品的石墨烯基鋰離子電芯主要為18650圓柱電芯，正極采用石墨烯/磷酸鐵鋰復合材料，具有快速充放、循環(huán)壽命長、高低溫性能佳等優(yōu)點。而且，它還可在-30℃~80℃環(huán)境下工作，循環(huán)壽命更高達3500次左右。

生產(chǎn)公司表示，電芯具有良好的大倍率充放電性能和循環(huán)性能，可適用于移動能源、汽車動力電源、啟停電源、無人機產(chǎn)品等，但遺憾的是，業(yè)內(nèi)其他相關配套跟不上。

一時間，“烯王”引起了各方的關注。因為自從石墨烯電池概念問世以來，圍繞它的討論一直沸沸揚揚，其中的焦點問題有二：其一是它理論上可以實現(xiàn)的高性能，其二則是它的命名以及是否能成真。

難以實現(xiàn)的快充

早在幾年前，石墨烯電池就被電動汽車行業(yè)寄予厚望。因為眾所周知，電動汽車電池容量較大，充電時間較長。如果有一款經(jīng)濟實惠且耐用的快充電池提供給電動汽車，相信一定會為電動汽車開拓新的市場。

但是由于種種原因，千呼萬喚的石墨烯電池卻一直沒有在電動車市場露面。

復旦大學高分子科學系教授盧紅斌在接受《中國科學報》記者采訪時解釋了石墨烯電池“難產(chǎn)”的原因：在電池的學術領域中，快速充電一直是追求的目標，但是電池結(jié)構(gòu)本身與快速充電兩者之間有些矛盾。

“電池一般包括正極、負極、電解液和隔膜。理想狀態(tài)下，電池中的電荷在兩極之間自由通過，同時電解液不發(fā)生變化，隔膜也不被破壞。但實際上，這樣的理想狀況很難實現(xiàn)，尤其是在快速充電情況下?！北R紅斌說道。

但在實際應用中，電荷“游走”在正負兩極之間時，可能出現(xiàn)電池內(nèi)部溫度升高，電荷工作環(huán)境甚至電極結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，隨之影響電解液(如分解放出氣體)和隔膜(形成的晶體破壞隔膜)。當高速充電時，電荷遷移速度加快，就更容易讓電池溫度升高，一些不期望的副反應甚至結(jié)構(gòu)性破壞就可能發(fā)生。

“所以說，高速充電對電池結(jié)構(gòu)、隔膜、電解液的要求都將大幅提升?！北R紅斌解釋道。

當然，電荷運動的快慢與正負極的材料本身也有一定關系。目前市面上流行的兩種電池包括磷酸鐵鋰電池和鈷酸鋰電池，前者因安全性好多用于電動汽車，后者價格相對低廉多用于手機。在這兩種電池中，陽極往往采用能吸藏鋰離子的碳極，放電時，鋰離子脫離電池陽極，到達電池陰極;負極材料選擇余地相對較大，包括各種碳材料，如天然石墨、合成石墨、碳纖維等。

但無論采用哪種材料，如果無法解決上述問題，依然做不出真正的長壽命快充電池。此時，石墨烯開始進入了科研人員的視野。

2015年，美國倫斯勒理工學院的研究者發(fā)現(xiàn)，使用石墨烯作為電池的陽極材料，其充放電速度將超過鋰離子蓄電池的10倍。而此次“烯王”采用的是磷酸鐵鋰與石墨烯搭配作為電池正極。實際上，如前所述，電池能否快充，除了正極以外，其他各個部分的協(xié)調(diào)匹配同樣重要，尤其是涉及電動汽車使用的動力電池，安全、高效和長壽命往往需要同時滿足。