相比鉛酸電池, 鋰電池迴圈壽命長, 重量輕, 工作溫度區間大且荷電保持能力強.
作為三電技術(電池, 電驅, 電控)的重點突破方向之一, 鋰電池逐漸成為了行業主流產品, 比如特斯拉先後採用的18650型和27100型電池, 均為鋰電池.
從國家對動力鋰電池能量密度的指引目標來看, 2020年動力電池單體能量密度要突破300Wh/kg, 動力電池系統能量密度需達到260Wh/kg.
特斯拉此前使用的18650電池(250Wh/kg)離目標還稍有差距, 但21700電池系統的能量密度在300Wh/kg左右, 已經達標. 相比特斯拉的高歌猛進, 大部分國產電池的密度僅在100~150Wh/kg之間, 形勢不容樂觀.
既然鋰電池不能迅速找到突破, 或許換一種材料是種方法, 比如 '新材料之王' ——石墨烯. 要知道它可是人類已知的強度高, 韌性好, 重量輕, 透光率高, 導電性佳的新型納米材料, 集萬千光芒於一身.
石墨烯聚合電池不僅比能量高而且充電速率快, 這正好解決了當今電動汽車電池痛點. 傳統電池雖然能通過一些快速充電方案大大降低充電時間, 但比起傳統燃油的充入方式, 依然需要用戶抱有極大的耐心.
但石墨烯能帶給我們的驚喜, 都可以算是 '驚嚇' 了, 比如早在2015年, 華為瓦特實驗室在日本第56屆日本電池大會上發布的一項快充技術, 使得一款3000mAh的石墨烯電池僅需充電5分鐘, 就可獲得高達48%的電量.
更有甚者, 早在2014年, 西班牙Graphenano公司就與西班牙科爾瓦多大學, 合作研究出了首例石墨烯聚合材料電池, 這款石墨烯聚合材料電池比能量超過600Wh/kg, 單次完全充電僅需8分鐘以內, 簡直就是BUG的存在.
日內瓦車展作為每年最早開幕的歐洲車展, 也是全球五大車展之一, 在汽車領域被認為是重要的 '風向標' . 早在去年, 由意大利著名汽車設計公司賓尼法利納設計的正道全新混合動力概念車H600就驚豔日內瓦.
受充電設備, 電池PACK和車輛高壓系統的影響, 新能源汽車能夠穩定3C充電已經非常不容易(3C就是15分鐘充75%的電), 50C就是1.2分鐘充滿電.
新車搭載最新 '微型渦輪發電機增程器+超級電池' 動力組合, 屬於增程式電動汽車. 其中正道集團自主開發的石墨烯超級電池備受關注, 動力電池系統能量密度高達300Wh/kg, 可以承受50C強度的5萬次快速充放電, 充電速度和可充電次數都是當前主流電池技術的幾倍到幾十倍.
一, 石墨烯電池量產啞火
既然石墨烯電池相比鋰電池優點突出, 按理說應該收穫更多廠家的青睞才對, 但就現今看, 幾乎沒有主流廠家採用此類電池.
Fisker EMotion採用石墨烯電池材料, 充電九分鐘就可以行駛208公裡, 最大續航裡程達到644公裡, 最高時速為259公裡/小時. 該車預計在2020年, 率先在英國出售.
雖然在此前北美車展上, 菲斯克公司推出了一款石墨烯電池汽車Fisker EMotion, 但骨感的現實讓多數人理性的認為這僅僅是一款代表前沿技術的概念產品而已.
而且作為早前特斯拉的勁敵之一, 菲斯克的迅速隕落, 以及近些年在電池技術上的噱頭大過實際, 讓我們不得不懷疑這款概念產品的真實性和實用性.
菲斯克在不久前宣稱將在2023年量產充電1min行駛800km的固態電池, 但其他數據並未公布. 事實上菲斯克的這項技術專利是否通過, 我們都不得而知.
而從即將開始的日內瓦車展看, 似乎僅有正道汽車和印度Mahindra & Mahindra集團旗下意大利轎跑Pininfarina品牌將會發布石墨烯電池技術汽車, 而且後者(Pininfarina HK GT概念車)的電池技術是從合作夥伴正道汽車而來.
單從實驗室角度看, 石墨烯能帶來巨大效益車聚君並不懷疑, 因為石墨烯電池又被稱為 '圈錢利器' 或 '論文利器' . 不信去大學看看就知道了, 論文量杠杠的, 但真到實用階段, 基本都啞火了.
說到啞火, 比如上文提到的西班牙Graphenano公司, 雖然官方宣稱這款電池有著諸多優點, 但在明眼人看來, 這更像是言過其實.
一個石墨烯電池的比能量超過600wh/kg, 這個表現放在當今都能呈碾壓態勢(比如目前比亞迪磷酸鐵鋰電池的單體能量密度為150~160Wh/kg);
單次完全充電僅需8分鐘以內, 單次續航裡程可高達1000公裡;
使用壽命是傳統氫化電池的四倍, 鋰電池的兩倍;
重量僅為傳統電池的一半, 且成本比鋰電池低77%.
有趣的是, 此前Graphenano公司信心滿滿的公布: 他們計劃於2015年將此電池投入生產, 並且計劃與德國四大汽車公司中的兩家電動汽車產品進行試驗. 但距今已經過去了4年之久, Graphenano公司和其瘋狂的石墨烯電池再也沒出現在我們的視野中.
從其官網看, 最新的新聞基本都是參加國家會議或石墨烯在其他產品上的應用(比如牙科產品). 放著廣闊的電動汽車市場不要, 賺醫學用品的錢, 要麼就是腦袋秀逗了, 要麼就是我們過分高估了他們的產品能力.
二, 根本就沒有石墨烯電池?
雖然新聞中充斥著各種 '石墨烯電池' , 但事實上就目前石墨烯在電池上的應用來說, 它主要被用於鋰電池中, 用於負極材料和用於導電添加劑. 即所謂的石墨烯電池, 本質上還是屬於鋰電池.
對鋰離子電池來說, 石墨烯作為碳基負極材料, 是沒有辦法從根本上改變鋰離子電池比能量的數量級. 在電池負極裡面代替原來的石墨, 雖然可以提升電池的整體容量和充電速度, 但性能提升效果有限, 並沒到達上文所述那般強勢.
雖然斯坦福大學崔屹教授團隊在Nature Nanotechnology上發表的題目為 'Air-stable and freestanding lithium alloy/graphene foil as an alternative to lithium metal anodes' 的研究成果, 表示包覆的石墨烯材料抑制了多硫化合物與負極的反應, 降低了正極硫活性物質的損耗, 具有良好的空氣穩定性和迴圈性能, 能量密度約500Wh/kg, 但現今這項研究也僅限於前瞻性的理論研究而已, 到底能否實現量產前路依然漫漫.
小結
當然, 這並不是阻礙石墨烯電池面市的主要原因, 量產化困難的主要原因在其內部.
全石墨烯電池成本十分高昂, 而且製備難度大, 幾乎不可能量產. 現在公布的一些驚人數據基本都來自純度極高的石墨烯電池, 僅出現在概念階段或實驗室內;
'摻雜石墨烯電池' 在鋰電池上的作用是導電劑或電極嵌鋰材料, 但與傳統的導電碳和石墨低廉的成本相比, 前者帶來的性能提升不足以吸引各廠家;
石墨烯材料本身具有的高比表面積等性質, 與現在的鋰離子電池工業的技術體系無法相容;
除此之外, 其他材料的衝擊(比如矽在做負極上有著更高的理論容量)和分散工藝難度高等問題, 都制約著石墨烯在鋰電池上的應用.
總之, 石墨烯電池取代鋰電池在中短期內基本是不可能的; '摻雜石墨烯鋰電池' 雖然有一定的應用前景, 但收效並不大, 完全不足以撼動現今的格局.
日內瓦車展作為一個百花齊放的舞台, 像石墨烯電池汽車這樣的前瞻性產品雖然能抓住眼球, 但短期內只怕也只能淪為展台上的概念品了.