隨著科技的進(jìn)步,新能源汽車正駛?cè)爰铀侔l(fā)展軌道。作為新能源車“心臟”的電池,對(duì)續(xù)航里程和充電效率起著決定性作用,電池安全性更成為制約新能源車發(fā)展的關(guān)鍵因素和核心性能指標(biāo)。石墨烯電池以其超輕、超強(qiáng)、超導(dǎo)電、低電阻的特性成為技術(shù)突破的曙光。當(dāng)前,隨著新能源車的快速發(fā)展,多家企業(yè)瞄準(zhǔn)石墨烯電池領(lǐng)域,意欲搶占固態(tài)電池新高地。
中國(guó)經(jīng)濟(jì)時(shí)報(bào)獲悉,石墨烯不僅是世界上最堅(jiān)硬、導(dǎo)熱系數(shù)最高的材料,也是世界上電阻最小的材料。它可制造輕便、耐用、適用于高容量?jī)?chǔ)能的電池,并能大大縮短充電時(shí)間,是理想的電池材料。據(jù)研究,石墨烯電池的儲(chǔ)電量可達(dá)現(xiàn)有產(chǎn)品的三倍,同時(shí)有更長(zhǎng)的使用壽命、更短的充電時(shí)間和更安全的性能,可為電動(dòng)車的續(xù)航能力帶來(lái)質(zhì)的飛躍。
然而,雖然石墨烯固態(tài)電池呼聲很高,但目前石墨烯面臨著量產(chǎn)難、生產(chǎn)成本高等方面的挑戰(zhàn)。
北京旭華時(shí)代科技有限公司(以下簡(jiǎn)稱“旭華科技”)首席專家朱光華介紹,曲面石墨烯電池創(chuàng)新技術(shù)破解了上述難題,這些低成本、可量產(chǎn)、分散性良好、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的高品質(zhì)石墨烯,有望解鎖石墨烯固態(tài)電池的應(yīng)用密碼,為新能源車的發(fā)展打開(kāi)一片新天地。
有著“黑金”之喻的石墨烯,是從石墨中提取的純碳原子材料,雖然薄如蟬翼,卻強(qiáng)度驚人,并具備良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱功能。石墨烯以其在材料學(xué)、能源、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用前景,被譽(yù)為“21世紀(jì)的材料之王”。
朱光華透露,石墨烯本身具有優(yōu)異的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性屬性,電池的原理是正極負(fù)極的氧化還原反應(yīng),在這一過(guò)程中,石墨烯以納米級(jí)顆粒進(jìn)入電池板,將其中的空隙,以“電子搭橋”的方式進(jìn)行填滿,同時(shí)配合石墨烯的高導(dǎo)電性,讓電池產(chǎn)生更少的阻熱,能量損失低,放電量增加,讓充放電效率得到極大提高。
據(jù)了解,旭華科技在業(yè)界首次實(shí)現(xiàn)曲面石墨烯量產(chǎn)下線,解決了石墨烯成本高、無(wú)法量產(chǎn)的難題,并做到了尺寸均勻,分散性優(yōu)異。
朱光華說(shuō),相較于傳統(tǒng)鋰電池,在高熱負(fù)荷的環(huán)境下,曲面石墨烯的熱導(dǎo)性能更加突出,固態(tài)電解質(zhì)能有效防止液態(tài)電解質(zhì)可能引發(fā)的短路和燃燒風(fēng)險(xiǎn)。
對(duì)業(yè)界而言,目前限制全固態(tài)鋰電池應(yīng)用的主要問(wèn)題是電極和電解質(zhì)材料二者間的界面的特性。因?yàn)楣虘B(tài)材料的接觸面較難達(dá)到液態(tài)電池中那種緊密接觸的效果。朱光華稱,曲面石墨烯因其彎曲的表面結(jié)構(gòu),可以增加電極與電解質(zhì)的接觸面積,改善界面接觸,減少界面阻抗,從而大大提高電池的能量效率和功率輸出。
與傳統(tǒng)的二維平面石墨烯材料相比,曲面石墨烯因其三維結(jié)構(gòu)和獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì),在全固態(tài)電池中主要體現(xiàn)在提升電子導(dǎo)電性、離子傳導(dǎo)性、優(yōu)化界面接觸、增強(qiáng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及提高能量密度和安全性等方面。
旭華電池研究組的實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)表明,曲面石墨烯全固態(tài)電池能量密度超過(guò)800Wh/kg,常溫下循環(huán)6000次后,其容量仍可保持85%,為開(kāi)發(fā)高能量密度的全固態(tài)電池提供了新的方法和思路。(中國(guó)經(jīng)濟(jì)時(shí)報(bào)記者 張一鳴)
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