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電動車石墨烯電池是否真的量產(chǎn)了!

Howell  |  點擊量:1622次  |  2022年02月25日  

電動車石墨烯電池是否真的量產(chǎn)了?說到石墨烯相信很多人都不陌生,作為材料界的當(dāng)紅明星一經(jīng)推出便反響強烈。這些年隨著石墨烯的逐漸普及,石墨烯電池、石墨烯充電寶、石墨烯發(fā)熱沖鋒衣等一系列打著石墨烯產(chǎn)品數(shù)不勝數(shù),再揭開這些產(chǎn)品的神秘面紗之前,小編先來介紹一下石墨烯,他究竟為何如此吸引人?想了解石墨烯首先要講一下碳單質(zhì)的結(jié)構(gòu):碳原子在不同的空間排列下會構(gòu)成許多不同的物質(zhì),就是我們初中學(xué)過的同素異形體,比如我們熟知的鉆石就是碳原子組成的四面單體結(jié)構(gòu),再比如碳60就是60個碳原子形成的類似足球的物質(zhì),還有石墨烯也是一種碳的同素異形體,我們的鉛筆筆芯就是石墨做的,它具有片層狀結(jié)構(gòu)并且它的結(jié)構(gòu)層內(nèi)非常牢固但是層與層之間卻很松散,所以石墨也經(jīng)常用于潤滑與導(dǎo)電。將石墨的一層取出就是我們所說的“石墨烯”,所以石墨烯就是由碳原子構(gòu)成的,他是一種六邊形單層網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。石墨烯非常薄,一層石墨烯只有頭發(fā)絲的二十萬分之一,而一毫米的石墨大約包含有150萬層石墨烯,所以在應(yīng)用領(lǐng)域10層以下的石墨才被認為是“石墨烯”。10層以上的都是石墨。



      過去科學(xué)家認為二維材料在現(xiàn)實生活中是不存在的,但是在2004年英國曼切斯特大學(xué)的兩位教授安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫用膠帶分離出了石墨烯,具體方法就是用膠帶粘石墨片反復(fù)大約20次后就能分離出石墨烯,次發(fā)現(xiàn)顛覆了人們的認知因此獲得了2010年的諾貝爾物理學(xué)獎。



      石墨烯的發(fā)現(xiàn)刷新了科學(xué)家們的認知,這種材料的優(yōu)點非常多:首先因為層內(nèi)結(jié)構(gòu)十份穩(wěn)定所以他的機械強度非常大是目前已知強度最高的材料之一甚至是鋼鐵的200倍,如果把它用用在戰(zhàn)斗機上面可以大大減輕戰(zhàn)斗機的重量提高機動性能。其次石墨烯的韌性和拉伸性能也很好,另外石墨烯的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性也是杠杠的。我們都知道金屬的導(dǎo)電性能很好,而石墨烯的導(dǎo)電性能是銅金屬的13倍,是目前導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能最好的材料,把石墨烯運用于電子領(lǐng)域代替“硅”的話就再也不用擔(dān)心芯片發(fā)熱散熱的難題了,石墨烯作為二維材料十分柔軟還可以彎曲,可彎曲的電子屏幕就可以用石墨烯制造,可以說石墨烯就是材料中的學(xué)霸,強度、拉伸、導(dǎo)電、導(dǎo)熱樣樣頂尖,也難怪科學(xué)家們對“石墨烯”材料寄予厚望。



      其實我們離石墨烯的應(yīng)用還有很長的一段距離,要了解這個問題我們就不得不說石墨烯的制造工藝了,制造石墨烯主要有4種方法:機械剝離法、液相剝離法、化學(xué)氣相沉積法、化學(xué)氧化法。

機械剝離法:簡單的實驗來說就是可以用膠帶反復(fù)撕出石墨烯,這樣的操作十分繁瑣復(fù)雜,品質(zhì)雖高但是產(chǎn)量極少,根本不可能大規(guī)模生產(chǎn)。

液相剝離法:簡單的來說就是把石墨粉沖到攪拌機里不斷攪拌,這種方法雖然產(chǎn)量大但質(zhì)量偏低。

化學(xué)氣相沉積法:先將石墨化成氧化石墨然后倒入攪拌機攪拌最后將其還原成石墨烯,產(chǎn)量雖大但是質(zhì)量還是很低,大多數(shù)制備出來的都是氧化石墨而非石墨烯,此方法主要用作制備石墨烯粉末。


化學(xué)氧化法:化學(xué)氧化法簡稱“CVD”,這是目前工業(yè)制備石墨烯方法的主流方法也是最有前景的一種方法。通過這種方式生產(chǎn)出來的石墨烯質(zhì)量還可以,普適性較強而且可以制備大尺寸的石墨烯薄膜,但是較難轉(zhuǎn)移,一般生產(chǎn)出來的都是多晶,當(dāng)然還有很多非主流方式這里就不一一介紹了。



      通過以上這些方法我們不難發(fā)現(xiàn)石墨烯面臨無法大規(guī)模生產(chǎn)以及產(chǎn)品質(zhì)量無法保證的問題,這是阻礙石墨烯發(fā)展的只要問題,所以各國科學(xué)家除了研究石墨烯的具體應(yīng)用之外一直在尋找一種能夠大規(guī)模高效生產(chǎn)的方法。也正因為石墨烯制備困難,到目前為止石墨烯的價格非常昂貴,高純度的石墨烯材料價格遠超黃金,價格可以達到5000元每克,所以石墨烯因此也被稱為黑金,低純度的石墨烯只要幾十元。當(dāng)前市場上很多石墨烯原材料大多都是氧化石墨、或者干脆就是石墨,2018年發(fā)現(xiàn)石墨烯的諾貝爾得主康斯坦丁·諾沃肖洛夫就發(fā)文表示目前工業(yè)生產(chǎn)的石墨烯樣品中石墨烯含量大多低于10%,甚至沒有一個樣品石墨烯含量能超過50%,大家自己品品把!



      石墨烯的價格如此昂貴你想想能廉價應(yīng)用在我們身邊的產(chǎn)品上面嗎?我國中科院士歐陽明高在電動車論壇上就公開表示說:如果有人跟你說這車能跑1000公里幾分鐘就能充滿電并且還安全,以目前的技術(shù)來說他一定是騙子。此話一出立馬就讓一些宣傳擁有石墨烯超級快充電池的廠商坐不住了,立馬改口表示石墨烯快充電池和長續(xù)航硅負極電池是兩種電池。什么是石墨烯電池?雖然不知道具體構(gòu)造但大概率的說就是往電池里加點石墨烯作為導(dǎo)電劑看看他的電池容量、能量密度以及循環(huán)壽命等性能有沒有提高,就好比做了一鍋菜加了一勺味精再去嘗嘗味道,石墨烯就可以比作是一鍋菜多了味精的味道,事實上現(xiàn)在很多石墨烯的研究都是往不同的東西里加一點點石墨烯看看有什么效果,不要問我怎么知道的我是聽說的。



      所以再看看網(wǎng)上那些石墨烯內(nèi)褲、石墨烯面膜、石墨烯電熱毯、石墨烯電動自行車電池等等是不是就明白了什么呢?2016年美國新能源汽車菲斯克提出石墨烯電池,結(jié)果汽車沒出來公司先破產(chǎn)被收購了,無獨有偶在2018年三星提出了搭載“石墨烯球”技術(shù)的電池據(jù)說可以把電池容量提升45%,充電速度提升5倍,之后也是不了了之。大家看完之后覺得電動車石墨烯電池是否真的量產(chǎn)了?


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