世界关注：电池技术的未来在于石墨烯

来源：腾讯网　2022-08-30 07:42:25

电池技术的未来在于石墨烯，这是一种排列在六边形网格上的碳层。

多年来，石墨烯一直被认为是一种“神奇材料”，可以为电池提供更大的功率和容量，并使它们更安全、更轻。

但为什么这种创新电池的大规模市场化仍悬而未决呢？

(资料图片)

石墨烯电池，多年来一直被称为锂离子电池的继任者，但为何如今的消息却少了很多。

石墨烯是一种由非常薄的碳层组成的材料，排列在六边形网格上，该材料可用于电池技术，这可能对电动汽车、智能手机等非常有用。

在电池中使用石墨烯应该会使它们更小、更轻、更安全。理论上，石墨烯电池还可以存储更多能量（每公斤 1,000 瓦时，而锂离子电池为 180 瓦时），在创纪录的时间内充电和放电，石墨烯电池永远不会因使用而失去存储容量。总之，一举解决目前锂离子电池的所有缺点。

但经过多年的乐观，石墨烯电池仍然不存在。真的好得令人难以置信吗？是和不是。一方面，我们看到石墨烯第一个真正的应用出现在市场上，另一方面，完整的石墨烯电池在未来似乎仍然是一个梦想。

所以是时候仔细看看石墨烯电池是什么，我们现在在哪里以及它可能会走向何方。

但为了做到这一点，多解释一下石墨烯是什么是有帮助的，因为它被许多科学家称为“奇迹材料”是有原因的。

石墨烯是一种“二维材料”

石墨烯是世界上最薄的材料。它的厚度仅为 1 个原子，因此科学家称其为“二维材料”。你不能变瘦。

石墨烯具有许多特殊特性：它可以很好地传导能量并提供出色的存储选择。此外，它还具有柔韧性、可弯曲性、耐高温、透明等特点。简而言之，石墨烯的可能性是无穷无尽的。

当你把上述特性放在一起时，理论上你就有了完美可充电电池的配方。

石墨烯还为移动电源和电话提供解决方案。

为什么我们还没有石墨烯电池？

这一切自然引发了为什么石墨烯电池还没有大规模生产的问题。在小规模上，生产过程相对简单且便宜，但一旦必须大规模生产，就会出现问题。

然后你会遇到非常高的成本。想想每公斤数千美元，而锂离子电池每公斤约 15 美元。此外，随着时间的推移，石墨烯片的质量会相对迅速地恶化。随着密集使用，蜂窝结构中会出现孔洞，这意味着材料的性能下降非常快。

多年来，公司一直致力于解决这些问题。例如，正在进行在液体中形成石墨烯片的实验，以尽量减少错误的数量。

但即使围绕大规模生产的问题很快得到解决，我们仍然在谈论几年才能在市场上以合理的价格看到真正的石墨烯电池。

如果您希望有一方在研究石墨烯电池，那一定是特斯拉。但是这家美国汽车制造商的首席执行官埃隆马斯克已经多次表示他对石墨烯技术持怀疑态度。正是因为上述问题。

幸运的是，这并不意味着在此期间什么都没有发生。

石墨烯也可以用作当前电池技术的一部分。例如，这为锂离子电池提供了更快的充电时间，并使其更加防火。

三星是展示石墨烯在锂离子电池中的实际应用意义的参与者之一。2017 年，这家韩国科技巨头展示了一种包含“石墨烯球”的电池。简单地说，三星在电池中的电极上配备了小的石墨烯球，以增加存储容量和充放电速率。

当时，三星表示，与普通锂离子电池一小时相比，容量增加了 45%，充电时间为 12 分钟。

电动汽车应用石墨烯电池

石墨烯的优势可以提供解决方案，尤其是在插电式汽车领域。在那里你会遇到重量和有限的加载速度。通过添加石墨烯，电池组可以做得更小，而汽车仍保持相同的续航里程。此外，电动汽车还有一个更大的优势，因为发生损坏时的火灾风险显着降低。

石墨烯具有通过抵消氧气的形成来限制锂离子电池的燃烧反应的特性。而这恰恰是过热锂离子电池自燃的最重要部分。

石墨烯可能更适合作为LFP 电池（磷酸铁锂电池）的添加剂。除了成本和安全性之外，与锂离子电池相比，这几乎只有缺点。它更重，能量密度更低。

石墨烯可以解决这两个问题，突然使 LFP 成为锂离子的良好替代品，并有助于解决某些原材料的稀缺问题。锂铁锂电池所需的原材料相对便宜且容易获得。

石墨烯在电动汽车上的首次真正应用似乎来自美国的Overland-E。据制造商称，这款电动车的续航里程为 1,207 公里，电池中使用了“石墨烯技术”。但目前尚不清楚该公司如何使用其电池。

如果我们想得不那么大，比如为智能手机充电的移动电源的大小，那么你会看到锂离子石墨烯电池已经在出售。Elecjet Apollo Ultra就是一个例子。

它具有更大的容量，并且可以比一般的移动电源充电更快。容量为 20,000 mAh 的设备使用 60 瓦充电器可在 18 分钟内充满电。据制造商称，这比普通移动电源快约 6 倍。

因此，该技术最终似乎足以用于某些商业目的。但这会在未来走向何方？

随着石墨烯技术的发展和商业化生产的开始，很可能会有越来越多的电池制造商在其产品中使用石墨烯。这将逐步提高容量、速度和安全性。反过来，这有助于技术真正成熟——这对于特斯拉等大型企业的采用是必要的。

然而，完整的石墨烯电池还需要很多年的时间。围绕量产的技术问题和成本价格仍然需要一系列巨大的改进。

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