鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：2254次 | 2021年04月26日
電池+石墨烯”到底靠不靠譜？
近年來，純電動(dòng)汽車的快充技術(shù)不斷發(fā)展，1個(gè)小時(shí)充滿80%的電量30分鐘充滿80%電量20分鐘充滿80%電量……未來的3~5年，純電動(dòng)汽車只要充電5分鐘就能充滿80%電量，大約能行駛300公里。
被稱為黑金的石墨烯，在實(shí)驗(yàn)室的研發(fā)近年有了突破性的進(jìn)展。汽車電池電芯加入石墨烯后，充放電效率會(huì)有顯著的提升。專家表示，石墨烯在汽車電池上應(yīng)用，填補(bǔ)了石墨烯高端應(yīng)用的空白。而這種基于電池+石墨烯的快充技術(shù)不會(huì)停留在實(shí)驗(yàn)室，短則三年，長(zhǎng)則五年便將走進(jìn)市場(chǎng)，搭載在新能源汽車上。
那么，石墨烯這個(gè)被譽(yù)為能徹底改變21世紀(jì)的黑科技是如何運(yùn)用在電池的快速充放電上？帶著這個(gè)問題，記者采訪了多家電池公司和電池專家。
石墨烯就像電池的調(diào)味料
純電動(dòng)汽車改變?nèi)藗兊某鲂?，而快充則會(huì)改變現(xiàn)有的純電出行模式。續(xù)航里程一直被認(rèn)為是純電動(dòng)汽車最重要的指標(biāo)之一，但這也許不再是唯一。電池+石墨烯將改變純電的快充時(shí)間，這也將釋放純電動(dòng)汽車更大的潛力。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
將電池和石墨烯結(jié)合起來，是近十年才陸續(xù)開展相關(guān)的研究。據(jù)專家介紹，電池的諸多性能指標(biāo)當(dāng)中，能量密度排在首位，直接決定續(xù)航里程，而續(xù)航里程的長(zhǎng)短與消費(fèi)者購(gòu)買意愿成正比。一開始，石墨烯電池就是奔著提升能量密度去研發(fā)的。不能說沒有收獲，加入石墨烯之后，電池能量密度能提升5%~10%。但再往上，難以再有突破。這與研究人員最初預(yù)期20%~30%的能量密度大相徑庭。
廣汽研究院石墨烯應(yīng)用研究創(chuàng)新工作站副首席專家毛文峰博士告訴記者，石墨烯只是一種添加劑。石墨烯與電池的關(guān)系，就像是調(diào)味料與菜品原料之間的關(guān)系。炒菜時(shí)，放點(diǎn)雞精，可以提鮮，但不能放多，放多了，菜反而不好吃了。同樣道理，在提升能量密度上，起到?jīng)Q定用途的還是電池本體，而非石墨烯這個(gè)添加劑。
正因?yàn)槿绱?，毛文峰博士認(rèn)為，石墨烯電池的概念是不成立的。科技進(jìn)步，最忌喧賓奪主，不能因?yàn)樘砑恿四撤N添加劑，就大張旗鼓進(jìn)行注明，并廣而告之，哪怕這種添加劑有光環(huán)在身。我們?cè)陲埖挈c(diǎn)菜，從來沒有看到過什么菜的菜名是以‘雞精’開頭的同樣道理，不能因?yàn)殡姵貞?yīng)用了石墨烯材料，就稱之為‘石墨烯電池’，更為準(zhǔn)確的說法是‘電池+石墨烯’。他認(rèn)為，市場(chǎng)對(duì)石墨烯電池的追捧，已經(jīng)超過其實(shí)際的技術(shù)水平，存在一定的泡沫。
賦予純電出行新模式
新能源汽車電池快充時(shí)間的縮短，會(huì)直接改變現(xiàn)有的純電出行模式：續(xù)航里程重要，但不再是唯一。毛文峰描繪他設(shè)想中的未來出行模式：純電動(dòng)汽車綜合續(xù)航里程只有400公里，當(dāng)電量耗盡時(shí)，找到快充電樁，5分鐘就能夠充滿電。與汽油車2~3分鐘的加油時(shí)間相比，5分鐘的快充時(shí)間仍然比較長(zhǎng)，但比起目前30~60分鐘的平均快充時(shí)間，已經(jīng)快上許多。
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測(cè)繪、無人設(shè)備
廣汽新能源總經(jīng)理古惠南持相同觀點(diǎn)快充模式一旦普及，純電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程沒必要600公里，甚至1000公里那么多，不要那么大電池容量和能量密度。消費(fèi)者沒必要為電池多買單，快充快走，使用體驗(yàn)與汽車加油沒有不同?；谶@一觀點(diǎn)，在產(chǎn)品規(guī)劃當(dāng)中，有超過500公里的超長(zhǎng)續(xù)航里程車型，同時(shí)也將供應(yīng)純電續(xù)航里程從300公里到500公里不等的車型，并有插電混動(dòng)車型供消費(fèi)者選擇。
除了快速充放電，由于具備良好的導(dǎo)熱性能，石墨烯能夠提升電池的散熱效果；載流子遷移率決定電導(dǎo)率，較快的載流子遷移率能提升元器件的工作速度；由于導(dǎo)電性能好，石墨烯還可以提升電池的功率密度。
廣汽新能源技術(shù)中心主任許俊海表示，我們現(xiàn)在的電池系統(tǒng)仍然保留溫控系統(tǒng)，一定程度上新增電池重量，降低能量密度。但隨著電池散熱效果的提升，一旦去掉溫控系統(tǒng)，電池能量密度會(huì)越級(jí)到一個(gè)新高度。更為關(guān)鍵的一點(diǎn)，隨著新技術(shù)應(yīng)用，汽車公司能夠騰出精力，關(guān)注以前關(guān)注不到的地方，尤其是電池的功能安全。許俊?？谥械男录夹g(shù)就包含有石墨烯。
石墨烯的加入或能改變現(xiàn)有格局
少即是多，這是汽車設(shè)計(jì)與研發(fā)最高的境界。面對(duì)石墨烯這種獲得諾貝爾獎(jiǎng)的新材料之王，敢于做減法，要莫大的勇氣。但扎根于石墨烯領(lǐng)域的研發(fā)人員更多的是逼于無奈。
清華大學(xué)材料學(xué)院教授朱宏偉曾在接受采訪時(shí)明言，假如石墨烯再找不到應(yīng)用，無論是資本市場(chǎng)還是基礎(chǔ)研發(fā)都會(huì)退潮。黎明前的黑暗到底還有多長(zhǎng)，沒有人能給出準(zhǔn)確的時(shí)間。可以肯定，電池尤其汽車電池，是石墨烯公認(rèn)最接近于應(yīng)用的領(lǐng)域之一。
目前，在汽車電池領(lǐng)域，鋰離子電池仍然是霸主。而根據(jù)材料不同，還分為磷酸鐵鋰、鈦酸鐵鋰以及三元鋰離子電池。市面上幾乎所有新能源汽車都內(nèi)置這三類電池，無論是新能源汽車公司的翹楚特斯拉，還是當(dāng)前新能源汽車領(lǐng)軍者的比亞迪，都在這個(gè)局中。
隨著新能源汽車的全面提速，三種技術(shù)路線之間的淘汰賽已經(jīng)分出勝負(fù)，磷酸鐵鋰和鈦酸鐵鋰逐漸掉隊(duì)，三元鋰離子電池單獨(dú)領(lǐng)跑。
石墨烯的加入，盡管不能在短時(shí)間內(nèi)作為單一的品類徹底顛覆鋰離子電池。但作為一種添加劑和催化劑，還是能夠改變電池領(lǐng)域的現(xiàn)有格局，讓磷酸鐵鋰看到逆襲希望。公開資料顯示，國(guó)軒高科擬將青島國(guó)軒年產(chǎn)3億Ah高比能動(dòng)力鋰離子電池產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目調(diào)整為青島國(guó)軒年產(chǎn)2Gwh高比能動(dòng)力鋰離子電池項(xiàng)目。產(chǎn)品類型由三元電池調(diào)整為磷酸鐵鋰離子電池。在近期接受投資者的調(diào)研過程中，國(guó)軒高科更表達(dá)了自己對(duì)磷酸鐵鋰離子電池應(yīng)用前景的看法，隨著技術(shù)不斷迭代，其認(rèn)為未來磷酸鐵鋰市場(chǎng)應(yīng)用空間依舊非常廣闊。
一位不愿透露名字電池專家表示，假如石墨烯能夠大幅縮短快充時(shí)間，隨著補(bǔ)貼滑坡，真正市場(chǎng)化以后，磷酸鐵鋰的低成本、長(zhǎng)壽命、高安全性優(yōu)勢(shì)會(huì)顯現(xiàn)出來。
或填補(bǔ)石墨烯高端應(yīng)用的空白
在石墨烯領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)和國(guó)外公司采取不同的策略。國(guó)外是先投入大量資金進(jìn)行基礎(chǔ)研發(fā)，隨后再尋求應(yīng)用。業(yè)內(nèi)公認(rèn)關(guān)于石墨烯投入研究資金的是三星，申報(bào)大量專利，不僅將石墨烯應(yīng)用在顯示屏上，而且進(jìn)行石墨烯電池的研發(fā)。國(guó)內(nèi)則是先進(jìn)行模式搭建，建立公司，再找尋下游市場(chǎng)。
來自我國(guó)經(jīng)濟(jì)信息社公布的《2016-2017我國(guó)石墨烯發(fā)展年度報(bào)告》顯示2016年以來，我國(guó)石墨烯公司爆發(fā)式上升，年新增公司超過700家，但在具體應(yīng)用上，過于粗放，大材小用。石墨烯真正能夠發(fā)揮用途的應(yīng)該是能充分利用其輕、薄、柔等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的場(chǎng)合，或在微納芯片、光電子等核心器件里。
專家表示，石墨烯在汽車電池上應(yīng)用，填補(bǔ)了石墨烯高端應(yīng)用的空白。種種跡象表明，在電池+石墨烯上，我國(guó)處于世界的最前端，而廣州又走在我國(guó)的前列。這不僅因?yàn)槲覈?guó)是全球最大汽車市場(chǎng)，同時(shí)也是最大新能源汽車市場(chǎng)，市場(chǎng)和消費(fèi)需求擺在那里。
毛文峰強(qiáng)調(diào)，市面上存在許多石墨烯制作電容裝置夸張描述，比如充放電速度是鋰離子電池100倍~1000倍，這些都是炒作，是科學(xué)鬧劇，無論理論還是實(shí)驗(yàn)室都是不成立的。
未來3~5年快速充放電將實(shí)現(xiàn)突破
走出能量密度的誤區(qū)之后，近年來石墨烯在電池實(shí)驗(yàn)室的研發(fā)就陸續(xù)有了進(jìn)展。華為將石墨烯應(yīng)用在手機(jī)電池上，重要側(cè)重散熱，發(fā)揮石墨烯優(yōu)秀的導(dǎo)熱性能。比亞迪使用石墨烯，用于提升汽車電池的功率密度。功率密度和能量密度是截然不同的指標(biāo)，前者決定純電動(dòng)汽車百公里加速度，后者決定純電動(dòng)汽車的續(xù)航里程。而毛文峰和他的團(tuán)隊(duì)，將重要研究方向聚焦在快速充放電上，也就是提升電池的充放電速率。不能簡(jiǎn)單地?fù)Q算，但在實(shí)驗(yàn)室里，電池電芯加入石墨烯后，充放電效率會(huì)有顯著的提升。
毛文峰介紹，在未來三年，電池能量密度能在現(xiàn)在基礎(chǔ)上提升20%~30%左右。充電速率則不同，未來3~5年，將充電時(shí)間能夠縮短一半。目前，在實(shí)驗(yàn)室里，我們團(tuán)隊(duì)已經(jīng)有收獲，純電動(dòng)汽車電池能夠在5分鐘充滿80%的電量?？梢宰鳛橹苯颖容^的是，目前市面上的快充絕大部分是1個(gè)小時(shí)充滿80%的電量，廣汽新能源是30分鐘充滿80%電量，最快的是上汽乘用車，將會(huì)在2019年的量產(chǎn)車型上搭載20分鐘充滿80%電量的快充技術(shù)。
有人會(huì)說，20分鐘與5分鐘沒有太大差別，不就多等15分鐘嗎？我們來設(shè)想一下：為一輛純電動(dòng)汽車充電，到達(dá)充電樁時(shí)發(fā)現(xiàn)前面排著兩輛車：假如快充要20分鐘，就要60分鐘才能完成充電；而若快充只需5分鐘，只要15分鐘就能開車走人。另外，目前汽油車每加滿一箱油大約要2~3分鐘，續(xù)航里程在600公里左右。5分鐘充滿80%電量，大約能行駛300公里。兩者還是有差距，但差距已經(jīng)縮小到可忍受的范圍?；?amp;lsquo;電池+石墨烯’的快充技術(shù)不會(huì)停留在實(shí)驗(yàn)室，較大可能會(huì)走進(jìn)市場(chǎng)，短則三年，長(zhǎng)則五年，會(huì)搭載在廣汽集團(tuán)旗下的新能源汽車上。
當(dāng)然，這其中也存在巨大的變數(shù)。變數(shù)不僅來自技術(shù)本身，還有要進(jìn)一步提升的可靠性和安全性，同時(shí)還受到其他因素掣肘，包括但不限于配套電池公司的生產(chǎn)水平，生產(chǎn)出來電池的一致性、快充充電樁和充電網(wǎng)絡(luò)的硬件支撐、電池管理系統(tǒng)、電池的散熱性能等。
