回归冷静,2018年日内瓦车展石墨烯电池风头不再

  • 元西北
  • 发表于: 2018/03/01 11:59:59 来源:车聚网

石墨烯电池会不会是一个谎言。

相比铅酸电池,锂电池循环寿命长、重量轻、工作温度区间大且荷电保持能力强。

作为三电技术(电池、电驱、电控)的重点突破方向之一,锂电池逐渐成为了行业主流产品,比如特斯拉先后采用的18650型和27100型电池,均为锂电池。

从国家对动力锂电池能量密度的指引目标来看,2020年动力电池单体能量密度要突破300Wh/kg,动力电池系统能量密度需达到260Wh/kg。

特斯拉此前使用的18650电池(250Wh/kg)离目标还稍有差距,但21700电池系统的能量密度在300Wh/kg左右,已经达标。相比特斯拉的高歌猛进,大部分国产电池的密度仅在100~150Wh/kg之间,形势不容乐观。

既然锂电池不能迅速找到突破,或许换一种材料是种方法,比如“新材料之王”——石墨烯。要知道它可是人类已知的强度高、韧性好、重量轻、透光率高、导电性佳的新型纳米材料,集万千光芒于一身。

石墨烯聚合电池不仅比能量高而且充电速率快,这正好解决了当今电动汽车电池痛点。传统电池虽然能通过一些快速充电方案大大降低充电时间,但比起传统燃油的充入方式,依然需要用户抱有极大的耐心。

但石墨烯能带给我们的惊喜,都可以算是“惊吓”了,比如早在2015年,华为瓦特实验室在日本第56届日本电池大会上发布的一项快充技术,使得一款3000mAh的石墨烯电池仅需充电5分钟,就可获得高达48%的电量。

更有甚者,早在2014年,西班牙Graphenano公司就与西班牙科尔瓦多大学,合作研究出了首例石墨烯聚合材料电池,这款石墨烯聚合材料电池比能量超过600Wh/kg,单次完全充电仅需8分钟以内,简直就是BUG的存在。

日内瓦车展作为每年最早开幕的欧洲车展,也是全球五大车展之一,在汽车领域被认为是重要的“风向标”。早在去年,由意大利著名汽车设计公司宾尼法利纳设计的正道全新混合动力概念车H600就惊艳日内瓦。

▲受充电设备,电池PACK和车辆高压系统的影响,新能源汽车能够稳定3C充电已经非常不容易(3C就是15分钟充75%的电),50C就是1.2分钟充满电。▲受充电设备,电池PACK和车辆高压系统的影响,新能源汽车能够稳定3C充电已经非常不容易(3C就是15分钟充75%的电),50C就是1.2分钟充满电。

新车搭载最新“微型涡轮发电机增程器+超级电池”动力组合,属于增程式电动汽车。其中正道集团自主开发的石墨烯超级电池备受关注,动力电池系统能量密度高达300Wh/kg,可以承受50C强度的5万次快速充放电,充电速度和可充电次数都是当前主流电池技术的几倍到几十倍。

1、石墨烯电池量产哑火

既然石墨烯电池相比锂电池优点突出,按理说应该收获更多厂家的青睐才对,但就现今看,几乎没有主流厂家采用此类电池。

Fisker EMotion采用石墨烯电池材料,充电九分钟就可以行驶208公里,最大续航里程达到644公里,最高时速为259公里/小时。该车预计在2020年,率先在英国出售。Fisker EMotion采用石墨烯电池材料,充电九分钟就可以行驶208公里,最大续航里程达到644公里,最高时速为259公里/小时。该车预计在2020年,率先在英国出售。

虽然在此前北美车展上,菲斯克公司推出了一款石墨烯电池汽车Fisker EMotion,但骨感的现实让多数人理性的认为这仅仅是一款代表前沿技术的概念产品而已。

而且作为早前特斯拉的劲敌之一,菲斯克的迅速陨落,以及近些年在电池技术上的噱头大过实际,让我们不得不怀疑这款概念产品的真实性和实用性。

 菲斯克在不久前宣称将在2023年量产充电1min行驶800km的固态电池,但其他数据并未公布。事实上菲斯克的这项技术专利是否通过,我们都不得而知。 菲斯克在不久前宣称将在2023年量产充电1min行驶800km的固态电池,但其他数据并未公布。事实上菲斯克的这项技术专利是否通过,我们都不得而知。

而从即将开始的日内瓦车展看,似乎仅有正道汽车和印度Mahindra & Mahindra集团旗下意大利轿跑Pininfarina品牌将会发布石墨烯电池技术汽车,而且后者(Pininfarina HK GT概念车)的电池技术是从合作伙伴正道汽车而来。

单从实验室角度看,石墨烯能带来巨大效益车聚君并不怀疑,因为石墨烯电池又被称为“圈钱利器”或“论文利器”。不信去大学看看就知道了,论文量杠杠的,但真到实用阶段,基本都哑火了。

说到哑火,比如上文提到的西班牙Graphenano公司,虽然官方宣称这款电池有着诸多优点,但在明眼人看来,这更像是言过其实。

石墨烯电池特点:

  • 一个石墨烯电池的比能量超过600wh/kg,这个表现放在当今都能呈碾压态势(比如目前比亚迪磷酸铁锂电池的单体能量密度为150~160Wh/kg);

  • 单次完全充电仅需8分钟以内、单次续航里程可高达1000公里;

  • 使用寿命是传统氢化电池的四倍,锂电池的两倍;

  • 重量仅为传统电池的一半,且成本比锂电池低77%。

有趣的是,此前Graphenano公司信心满满的公布:他们计划于2015年将此电池投入生产,并且计划与德国四大汽车公司中的两家电动汽车产品进行试验。但距今已经过去了4年之久,Graphenano公司和其疯狂的石墨烯电池再也没出现在我们的视野中。

从其官网看,最新的新闻基本都是参加国家会议或石墨烯在其他产品上的应用(比如牙科产品)。放着广阔的电动汽车市场不要,赚医学用品的钱,要么就是脑袋秀逗了,要么就是我们过分高估了他们的产品能力。

2、根本就没有石墨烯电池?

虽然新闻中充斥着各种“石墨烯电池”, 但事实上就目前石墨烯在电池上的应用来说,它主要被用于锂电池中,用于负极材料和用于导电添加剂。即所谓的石墨烯电池,本质上还是属于锂电池。

对锂离子电池来说,石墨烯作为碳基负极材料,是没有办法从根本上改变锂离子电池比能量的数量级。在电池负极里面代替原来的石墨,虽然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,并没到达上文所述那般强势。

虽然斯坦福大学崔屹教授团队在Nature Nanotechnology上发表的题目为“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与负极的反应,降低了正极硫活性物质的损耗,具有良好的空气稳定性和循环性能,能量密度约500Wh/kg,但现今这项研究也仅限于前瞻性的理论研究而已,到底能否实现量产前路依然漫漫。

小结

当然,这并不是阻碍石墨烯电池面市的主要原因,量产化困难的主要原因在其内部。

  • 全石墨烯电池成本十分高昂,而且制备难度大,几乎不可能量产。现在公布的一些惊人数据基本都来自纯度极高的石墨烯电池,仅出现在概念阶段或实验室内;

  • “掺杂石墨烯电池”在锂电池上的作用是导电剂或电极嵌锂材料,但与传统的导电碳和石墨低廉的成本相比,前者带来的性能提升不足以吸引各厂家;

  • 石墨烯材料本身具有的高比表面积等性质,与现在的锂离子电池工业的技术体系无法相容;

  • 除此之外,其他材料的冲击(比如硅在做负极上有着更高的理论容量)和分散工艺难度高等问题,都制约着石墨烯在锂电池上的应用。

总之,石墨烯电池取代锂电池在中短期内基本是不可能的;“掺杂石墨烯锂电池”虽然有一定的应用前景,但收效并不大,完全不足以撼动现今的格局。

日内瓦车展作为一个百花齐放的舞台,像石墨烯电池汽车这样的前瞻性产品虽然能抓住眼球,但短期内只怕也只能沦为展台上的概念品了。

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