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石墨烯電池的研發之路面臨哪些難題?

我快閉嘴 ? 來源:中國電子報 ? 作者: 張依依 ? 2021-01-25 14:46 ? 次閱讀

近期,石墨烯電池在業界再引熱議——8分鐘可充滿80%電量,搭載石墨烯基超級快充電池的車型續航1000公里……廣汽埃安的宣傳語讓石墨烯電池瞬間引燃市場。

石墨烯被譽為“二十一世紀的新材料之王”,由碳分子網狀結構組成。組成該結構的石墨烯材料非常之薄,能把電池的兩極的材料分開,讓電子非常輕易地穿過去,完成快速充電和放電,一定程度上能夠提升電動汽車的充電速度。眾所周知,充電速度慢是困擾廣大新能源汽車用戶的“老大難”問題,因此廣汽埃安的新品剛一亮相,就拉動了石墨烯A股的暴漲。

但很快就有業內人士指出,廣汽埃安此次提及的石墨烯電池概念,其實只是將石墨烯作為基礎材料添加到現有各類電池材料中,使其充當導電劑作用,與以往很多公司的做法并無不同,更多被賦予的是理想化概念。

根據業界對電池的命名方式,這款石墨烯電池的全名應為石墨烯基超級快充電池,也可以說是“摻雜石墨烯的硅基負極鋰電池”,石墨烯含量并不是很高,本質上仍是鋰離子電池。此外,這款所謂的石墨烯電池若要實現“1000km續航、8分鐘快充”,不僅要犧牲成本,還要滿足一些充電配套設施等相關要求。

該事例已表明,理想化技術的實現與其在市場上的規模應用之間隔著一道較難逾越的鴻溝,“概念的提出”和“真正地落地”之間道阻且長,要想“行則將至”,還需要不斷努力研發與技術創新。

動力電池的性能決定著新能源汽車能否“一路暢通”,而要想在動力電池領域有所創新,就更需要走完漫長的研發之路,因為這個領域中從未有過突如其來的革新。具體來講,在動力電池這個復雜的領域中,某一新材料的采用并不能夠立即帶來顛覆性的創新,因為在使用該新材料的過程中,所有的配套材料也需要同步革新,這無疑是一個相當漫長的周期。正如中國科學院院士歐陽明高所言,電池材料的創新是厚積薄發的過程,其間需要長久的努力。

當配套材料得到革新、研究成果也初步亮相后,這條研發之路還并沒有到達終點。在投放市場前,電池產品還需要經過小試、中試、量產等各個階段,每一個階段都要面臨數次的失敗與修正。因此。若想在動力電池領域真正推出一項能夠解決行業痛點和難點的創新性技術,可以說要經過千錘百煉、千磨萬擊,僅靠“仰望星空”來提出各種理論上可行的理想化概念,顯然是遠遠不夠的。

“路漫漫其修遠兮”,在攻關石墨烯電池的研發之路上,還面臨著哪些亟待解決的問題?

第一是成本問題。石墨烯的成本之高,從其在材料市場中的計價單位就可見一斑。比起用噸來計價的傳統導電材料——炭黑和石墨,有“新材料之王”之稱的石墨烯是論克賣。根據已有數據,石墨烯價格大約在2000元/克,總價之高可想而知。因此,如果石墨烯電池真正搭載于電動汽車上,眾多普通消費者未必能夠承受如此高的成本。

第二是制備和轉移技術上的難題。業內專家認為,石墨烯是一種納米材料,分為單層石墨烯和多層石墨烯(2~10層)。無論是單層還是多層石墨烯,都需要極高的制備技術,但目前高品質單層石墨烯的制備規模還受限于CVD設備的腔體尺寸,在連續制備技術和產品良率方面均存在問題。此外,現階段常用的濕法刻蝕轉移法會帶來褶皺、雜質和破損等問題,難以實現大批量的轉移。而新方法輥對輥技術在實踐過程中還存在很多細小問題,目前尚難堪大任。

第三個問題則來自應用效果。要平衡對比能量、壽命、快充、安全和成本等多個動力電池的指標,以實現最好的應用效果絕非易事,還需要從整車系統設計方面進行全面、綜合的考量。

對企業來講,“仰望星空”展示了理想化產品的相關概念,一定意義上代表著產品未來的發展方向。但要想真正觸碰到浩瀚無垠的科學星空,研發出可以在市場落地并滿足市場需求的產品,就必須要做到“腳踏實地”。每一個領域都存在門檻,只有潛心鉆研核心技術,對自己尚未掌握的技術心存敬畏,在仰望星空的同時做到腳踏實地,才能真正獲得市場紅利,并在市場中屹立不倒。
責任編輯:tzh

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