摘要
石墨烯电池,利用锂离子在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性,开发出的一种新能源电池。美国俄亥俄州的Nanotek仪器公司利用锂离子在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性,开发出一种新的电池。
石墨烯电池,利用锂离子在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性,开发出的一种新能源电池。美国俄亥俄州的Nanotek仪器公司利用锂离子在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性,开发出一种新的电池。
新型石墨烯电池实验阶段的成功,无疑将成为电池产业的一个新的发展点。电池技术是电动汽车大力推广和发展的最大门槛,而电池产业正处于铅酸电池和传统锂电池发展均遇瓶颈的阶段,石墨烯储能设备的研制成功后,若能批量生产,则将为电池产业乃至电动车产业带来新的变革。
由于其独有的特性,石墨烯被称为“神奇材料”,科学家甚至预言其将“彻底改变21世纪”。曼彻斯特大学副校长ColinBailey教授称:“石墨烯有可能彻底改变数量庞大的各种应用,从智能手机和超高速宽带到药物输送和计算机芯片。”
铅酸电池(VRLA),是一种电极主要由铅及其氧化物制成,电解液是硫酸溶液的蓄电池。铅酸电池放电状态下,正极主要成分为二氧化铅,负极主要成分为铅;充电状态下,正负极的主要成分均为硫酸铅。一个单格铅酸电池的标称电压是2.0V,能放电到1.5V,能充电到2.4V;在应用中,经常用6个单格铅酸电池串联起来组成标称是12V的铅酸电池,还有24V、36V、48V等。
提起电动车电池,大家耳熟能详的无外乎这三种电池,铅酸电池、锂电池以及近几年比较火的石墨烯电池。那么,你认为当新国标正式实施后,未来电动车会选择哪种电池?对于这个问题,我们先来看看每种电池的特点。
铅酸电池主要由管式正极板、负极板、电解液、隔板、电池槽、电池盖、极柱、注液盖等组成。其电极是由铅和铅的氧化物构成,电解液是硫酸的水溶液。主要优点是电压稳定、价格便宜,缺点是比能低、使用寿命相对较短和需要经常维护。不可否认,以目前市场来看,铅酸电池占据着主导地位。
一般来说,锂离子电池主要包括正极、负极、隔膜和电解液四个组成部分。正极材料一般都是一些富锂的层状化合物,目前常见的商用正极材料主要有钴酸锂(LiCoO2)、锰酸锂(LiMn2O4)、磷酸铁锂(LiFePO4)以及三元材料(LiMnxCo1-x-yNiyO2)等。与铅酸电池相比,锂电池相对轻巧,携带方便,能量密度更高,而寿命相对要长很多,但是价格更贵,稳定性差。
所谓的石墨烯电池,可以理解为我们平时说的黑金电池,其是利用锂离子在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性,开发出的一种新能源电池。作为目前最薄、最坚硬、导电导热性能最强的一种新型纳米材料。同时,石墨烯聚合材料电池的重量仅为传统电池50%,成本将比锂电池低77%。从性能来看,全石墨烯锂电池充电一次,耗时也不超过10分钟。(一般行业都是直接将电极掺杂的石墨烯的石墨基储能材料直接统称为石墨烯电池,并非全石墨烯)
从特点来看,石墨烯电池的综合性能是最好的,但是为什么没有成为主导呢?石墨烯在电池上的应用,主要是和硅结合在电池负极里面代替原来的石墨,这样可以提升电池的整体容量和充电速度,但性能提升效果有限。另一方面虽然目前,很多企业都推出过黑金电池,但是大多在这一领域处于探索的阶段,而其价格又相对较高,所以这也是其得不到重大应用的原因之一。另外,石墨烯污染较为严重,墨烯生产需要用到大量的硫酸,处理也很麻烦。简单来说,第一,价格;第二,技术;第三,处理麻烦。
我们再看新国标的出台,其对电动自行车速度、重量等都有明确的规定,这意味着大型铅酸电池将逐渐失去市场,而小型铅酸电池短时间内会迎来一定的发展。但随着环保整顿的推进,铅酸电池还会出现向锂电池过渡的情况,而锂电车必然会迎来一波爆发期。又有人会说了,石墨烯电池呢?虽然石墨烯电池拥有很多铅酸电池和锂电池没有的优点,但是,其想成为主导,其技术必须得到突破性的发展。因此,我个人更看好小型铅酸电池和锂电池在未来新国标电动车上的应用。
与铅酸电池相比,锂电池的平均电压更高,其能量密度高,换言之,同等大小的电池,锂电池容量更多。另外,锂电池相对轻巧,携带方便,而寿命相对要长很多。此外,锂电池的高低温适应性更强,受温度影响因素较小,且更加绿色环保。
当然,锂电池也有三个缺点,其安全稳定性相对而言比较差,要是操作不当,很容易发生爆炸的风险。另外,锂电池不能大电流放电且生产要求条件高,成本更高。
而与锂电池相比,铅酸电池的价格相对便宜,大众更容易接受。此外,铅酸电池的高倍率放电性能更好。最重要的是铅酸电池回收价格比锂电池更高。
不过,铅酸电池也有自己的缺点,比如重金属容易造成环境污染;与锂电池相比,铅酸电池能量密度更低;而且其使用寿命不及锂电池。
虽然,锂电车有很多优势,但以目前而言,铅酸电动车为主,其主要的因素是技术的不完善,虽然一些铅酸巨头和电动车巨头都开始研发锂电产品,但是作为一项新涉足的领域,很多企业目前都在不断摸索和探索之中,而初期的产品往往可能无法达到成熟的地步。