最近，關(guān)于石墨烯電池的各種消息沸沸揚揚。
2015年12月中旬，中科院上海硅酸鹽所的研究團隊在《科學(xué)》上發(fā)文指出，其研制出一種高性能超級電容器電極材料——氮摻雜有序介孔石墨烯。一些媒體盛贊：“該材料具有極佳的電化學(xué)儲能特性，可用作電動(dòng)車(chē)的‘超強電池’，這種電池的最大亮點(diǎn)就是充電7分鐘，行駛35公里。”
12月底，華為終端公司手機產(chǎn)品線(xiàn)副總裁李昌竹又在2015年移動(dòng)智能終端峰會(huì )上透露，華為可能在2016年下半年商用石墨烯電池技術(shù)。
但是，這些新聞隨后又被“打臉”。有人認為，所謂石墨烯電池商用不過(guò)是炒作。也有人認為，一些媒體誤讀了中科院上海硅酸鹽所的成果——它根本不是電池，也沒(méi)有含有石墨烯材料。
真相究竟如何？
他們都沒(méi)說(shuō)——這是石墨烯電池
 據媒體報道，之前在日本舉辦的一次研討會(huì )上，華為已經(jīng)演示了“這種使用納米、石墨烯的相關(guān)技術(shù)，可以讓3000毫安時(shí)電池在5分鐘之內充滿(mǎn)50%電量。這種技術(shù)可能在明年下半年商用。”
記者就該消息與華為公司取得了聯(lián)系，對方表示：“內部尚無(wú)法提供更多的信息”。他提供的唯一公開(kāi)消息是：2015年10月23日，華為宣布與曼徹斯特大學(xué)合作研究石墨烯的應用，共同開(kāi)發(fā)ICT領(lǐng)域的下一代高性能技術(shù)。該項目合作期初定為兩年，研究如何將石墨烯領(lǐng)域的突破性成果應用于消費電子產(chǎn)品和移動(dòng)通信設備。
記者注意到，2015年6月，韓國財經(jīng)雜志Business Korea網(wǎng)絡(luò )版刊文稱(chēng)，三星研究團隊已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一項技術(shù)，通過(guò)在電池的硅表面覆蓋石墨烯制作一種新的“硅陰極材料”，把電池的能量密度提高到現有電池的2倍。
不過(guò)，在上述兩則新聞中，并沒(méi)有人直接稱(chēng)呼他們的研究成果為“石墨烯電池”。
而上海硅酸鹽所的官方網(wǎng)站給出的消息是：“中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所研究員黃富強帶領(lǐng)的研究團隊與北京大學(xué)、美國賓夕法尼亞大學(xué)的科研人員合作，合成了一種有序介孔少層碳的新型材料。”
上海硅酸鹽所稱(chēng)：“他們獲得的最新研究結果表明，該類(lèi)材料的能量密度還可以通過(guò)拓展電化學(xué)窗口進(jìn)一步提高，獲得更高能量密度的超級電容器。”
有作者撰文認為，《科學(xué)》雜志上的這篇論文沒(méi)有提到石墨烯，而是碳材料，且超級電容器被媒體稱(chēng)為“電池”不妥。
事實(shí)上，超級電容器（也稱(chēng)電化學(xué)電容器）確實(shí)并非電池，而是介于二次電池和傳統電容器之間的一種電化學(xué)儲能裝置，在上海硅酸鹽所發(fā)布的新聞中，也從未給出“這是電池”的結論，更不用提“這種電池的最佳效果就是充電7分鐘，行駛35公里”。但是，該材料確是石墨烯材料無(wú)疑。
記者聯(lián)系到黃富強，他回復：“宏觀(guān)上這種材料是三維結構，碳的sp2程度高達98%，少于5個(gè)原子層。我們在投稿過(guò)程中一直采用‘介孔石墨烯’的名稱(chēng)，最后出版時(shí)改用少層碳。原因在于，有一人提出石墨烯是二維的平面型結構，并建議也可叫作‘高度石墨化的三維微孔少層碳材料’。大家從不同角度會(huì )得出不同的結論，然而實(shí)質(zhì)是同一個(gè)。”
介孔石墨烯是石墨烯廣義家族中的一種新結構，具有優(yōu)異的三維微觀(guān)導電性能，經(jīng)氮摻雜后具有優(yōu)異的電化學(xué)儲能特性。
石墨烯電池疑炒作
記者在采訪(fǎng)復旦大學(xué)高分子科學(xué)系教授盧紅斌、哈爾濱工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院應用化學(xué)系教授袁國輝等人時(shí)發(fā)現，他們都不同意一些商家和媒體將石墨烯材料應用在電池中就將其稱(chēng)為“石墨烯電池”。
“在電極材料中添加石墨烯后就將電池稱(chēng)為‘石墨烯電池’顯然不妥，類(lèi)似于之前在商業(yè)上將納米顆粒添加到塑料中后制成的洗衣機稱(chēng)為‘納米洗衣機’，顯然帶有炒作意味。”盧紅斌說(shuō)。
傳統電池的命名一般是遵循“正極—負極活性材料”的規則。袁國輝指出：“鋰離子電池充放電時(shí)，成流反應是鋰離子在正、負極材料中的嵌入和脫出的貢獻。電極中添加石墨烯材料時(shí)，石墨烯的主要作用是提高電極的導電性，盡管可以提高電池的性能，卻不是鋰離子電池正負極的活性材料。”
因此，他們認為，應該稱(chēng)之為“鋰離子電池”，或最多稱(chēng)之為“石墨烯改性的鋰離子電池”。
“‘石墨烯電池’應該是通過(guò)添加石墨烯能夠顯著(zhù)改善鋰電池的充電速度、循環(huán)穩定性、使用壽命、甚至能量密度的高性能電池，最好有明確的技術(shù)參數作為參考。如果僅通過(guò)采用石墨烯名稱(chēng)來(lái)提升產(chǎn)品的知名度或關(guān)注度，以此提高銷(xiāo)量，可能會(huì )產(chǎn)生誤導。”盧紅斌指出。
雖然“石墨烯電池”這一稱(chēng)呼頗有些“自擺烏龍”，但是業(yè)內專(zhuān)家卻看好石墨烯材料在電池上的應用，尤其是在電極上發(fā)揮所長(cháng)。
目前，業(yè)內采用的富鋰正極材料通常導電性不佳，對電極而言極為不利。為提高正極電導率，通常會(huì )在正極顆粒表面沉積導電層，如包碳處理，并通過(guò)添加導電添加劑來(lái)改善正極電導率。電極導電性對于電池的充電速度、循環(huán)穩定性和使用壽命都有著(zhù)決定性的影響，不佳的導電性還會(huì )增大電池發(fā)熱量，加速電池性能惡化。
因此，有相當多的工作致力于通過(guò)在正極材料中添加石墨烯來(lái)提高電極中的電荷傳輸效率和傳熱效率。石墨烯是一種具有單個(gè)碳原子厚度的二維碳膜，其中碳原子之間存在共軛結構，電荷在其中可以快速遷移。也正因如此，石墨烯也為發(fā)展其他新型電極材料提供了可能。
短期商用現實(shí)嗎
涉及到石墨烯與電池被“聯(lián)姻”并商用，大家最關(guān)注的是技術(shù)、成本等問(wèn)題是否已經(jīng)解決。
在2015北京測試服務(wù)業(yè)發(fā)展高峰論壇間隙，一位從事新材料檢驗檢測的人士告訴記者，目前國際、國內都沒(méi)有具體關(guān)于“石墨烯電池”的參數標準，而且他所了解到的信息是前期研發(fā)成本投入巨大，僅用在手機電池等產(chǎn)品上的“性?xún)r(jià)比”待評估。
盧紅斌也提到了“性?xún)r(jià)比”的問(wèn)題。他認為，石墨烯改進(jìn)的電池包括鋰離子電池短期內商業(yè)化應用的可能性還是很大，關(guān)鍵在于提高性?xún)r(jià)比?，F有的電池技術(shù)亟待解決充電速度、續航里程、穩定性和循環(huán)壽命等問(wèn)題，石墨烯的獨特性能可望提供新的解決方案和路徑。
袁國輝則質(zhì)疑，石墨烯技術(shù)應用在消費類(lèi)電子產(chǎn)品用鋰離子電池上“意義不大”，因為它在提升小型消費類(lèi)電子產(chǎn)品電池性能和容量上效果有限，而且快充模式本身會(huì )影響電池壽命。相反，他更看好石墨烯材料和技術(shù)在動(dòng)力型鋰離子電池上的應用，比如新能源車(chē)，能夠帶來(lái)顯著(zhù)的變化。
記者了解到，石墨烯技術(shù)在電池上進(jìn)行商用還有兩大關(guān)鍵技術(shù)突破點(diǎn)：一是優(yōu)化石墨烯結構以及石墨烯使用方法，使得現有鋰電池的性能獲得一定程度的改善；二是尋找新的活性材料，或者基于新的原理實(shí)現儲能設備性能的倍增。
石墨烯技術(shù)在電池上的大規模商用還需要一個(gè)推廣過(guò)程。一些電池制造企業(yè)還需要對石墨烯技術(shù)進(jìn)行驗證，一旦接受后對現有產(chǎn)品線(xiàn)的改造也需要時(shí)間。但是，袁國輝指出：“2016年應該是石墨烯技術(shù)應用在電池上的推廣元年。”
此外，此前有傳聞稱(chēng)西班牙科爾瓦多大學(xué)與某公司合作研究的石墨烯電池可望實(shí)現8分鐘充電，行駛1000公里。聽(tīng)到此消息后，石墨烯產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟在隨后參加歐洲舉辦的石墨烯國際大會(huì )時(shí)也專(zhuān)門(mén)前往該機構進(jìn)行了核實(shí)，但發(fā)現此信息主要是基于實(shí)驗室結果推算得出，該項技術(shù)是否具備宣稱(chēng)的性能現在尚未得到實(shí)踐證實(shí)。
“僅根據實(shí)驗室中的某些結果進(jìn)而推算使用效果反映了人們心中的迫切希望，但還須驗證安全性、利用穩定性、循環(huán)壽命等一系列問(wèn)題。”盧紅斌強調，“但石墨烯的快速規?；厝粫?huì )加快包括鋰離子電池在內的儲能設備技術(shù)發(fā)展的步伐。”
?歡迎進(jìn)入【粉體論壇】
更多精彩！歡迎掃描下方二維碼關(guān)注中國粉體技術(shù)網(wǎng)官方微信（bjyyxtech）
|
