8分钟充电85%,这种材料未来可期

发布日期:2020-05-26  来源:电联新媒

核心提示:5月13日,广汽新能源宣布,关于石墨烯材料超级快充电池已经完成相关测试工作。今年年底,广汽新能源埃安车型将搭载相关技术成果
 5月13日,广汽新能源宣布,关于石墨烯材料“超级快充电池”已经完成相关测试工作。今年年底,广汽新能源埃安车型将搭载相关技术成果。该款“超级快充电池”搭载实车进行充电测试,仅需8分钟就可以将电池充电至85%。

业内人士表示,这是国内首次有车企宣布在量产乘用车上搭载石墨烯材料的电池。“尽管公布的细节不多,但这代表了中国车企剑指动力电池以及新能源汽车的决心。”

而早在2014年,广汽集团就开启了对石墨烯技术的研发,历经6年探索,逐步掌握了具有自主知识产权的三维结构石墨烯(3DG)材料的制备和应用技术。

截至目前,基于广汽三维结构石墨烯材料而研发的“超级快充电池”已经完成电芯、模组、电池包样件的测试工作,并搭载整车进行了装车大功率充电测试,电池寿命和安全性均已达到使用标准。

高效却昂贵的石墨烯

事实上,石墨烯由于具备超轻、超高强度、超强导电性等特性,被认为是提高电池充电速度、推动动力电池技术进步的重要材料。

与此同时,随着新能源汽车续航里程需求的提升,对于动力电池性能的考验也越来越严格,目前市面上主流的三元锂电池、磷酸铁锂电池技术短时间内尚未出现革命性突破,也造就了石墨烯材料在动力电池上的广泛试实验和兴起。

高充放电效率、高比容量的特质,有着足够吸引动力电池研究和新能源车企的理由,但石墨烯对充放电平台要求较高、初期容量衰减较快等问题,仍是需要攻克的难关。

材料学不同于其他学科,从原理到产品都有漫长的实验周期。从目前石墨烯的制造和应用程度来看,石墨烯研发还处于早期阶段。虽然 2018 年全球石墨烯市场规模已经达到2.73亿美元,年均增速也保持在40%的较高速度,但大部分石墨烯生产企业都没有掌握大规模量产石墨烯的技术,生产出来的高纯度石墨烯材料售价每克在千元以上。

1911年,荷兰物理学家卡末林·昂内斯因发现一种能将电子损失降到0的传输材质,即“超导体”,而获得诺贝尔物理学奖。超导体有助于大幅降低电力传输过程中的巨大能源损耗,但遗憾的是,这种传输条件的环境温度必须在绝对零度(零下273℃)之下。

2004年,英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫,成功地在实验中用胶带从石墨中分离出石墨烯,证实了这种万能材料的存在,他们二人也因此获得2010年的诺贝尔物理学奖。

我们离石墨烯电池时代还有多远

狭义上来说,石墨烯是碳原子以sp2杂化轨道呈蜂巢晶格排列构成的单层二维晶体,广义上来说,10层以内的石墨结构也可称作石墨烯。这种材料是目前已知的世界上最薄的材料,单层厚度仅有 0.34纳米。

它不仅是世界上最坚硬、导热系数最高的材料,也是世界上电阻最小的材料,它在常温下电子迁移率超过 15000 cm2/V·s ,是理想的电池材料。

2014年一家名为Graphenano的西班牙石墨烯创业公司与科尔瓦多大学合作研究出全球首个石墨烯聚合材料电池,用此电池提供电力的电动车最多能行驶 1000公里,而其充电时间不到8分钟,可见石墨烯对电池容量和充电速度提升有多大。

2018年3月6日,Nature发表了两篇以中科大10级少年班校友、美国麻省理工学院“95后”博士生曹原为第一作者的石墨烯重磅论文。文章刊登后立即在整个物理学界引起巨大反响。一些报道称其“一举解决了困扰世界107年的难题”。

而在近日,曹原又与其博导Pablo Jarillo-Herrero背靠背连发两篇Nature文章,介绍魔角石墨烯研究的新突破。曹原的贡献在于发现了让石墨烯实现超导的方法。具体而言,就是发现了当两层平行石墨烯堆成约1.1°的微妙角度(魔角)时,就会产生以0电阻传输电子的神奇超导效应。

如果未来电动车都使用10分钟就能充满电的石墨烯电池,电动车续航难题将不复存在,快充电站将代替加油站。尽管广汽新能源目前只有少量信息公布,但却唤起了外界对于石墨烯材料相关技术的关注。石墨烯材料作为“新材料之王”,在动力电池性能提升上是有一定的研究价值的,目前大多数还处在实验研发阶段,但未来可期。

(本文内容综合整理自新京报、三联生活周刊、公众号“爱范儿”)


 
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