石墨烯电池市场前景广阔 新型量子电池突破局限

日期:2017-03-14 / 人气: / 编辑:jutan / 来源:未知

 近几年,新能源的势头很猛,无论是有关它的项目还是产品,随随便便都能造成一个话题引人关注,新能源石墨烯量子电池就是一个很好的例子。

  如今,我国新能源电池市场借助着国家经济快速增长及石墨烯产业开发迅猛的东风,石墨烯电池市场正稳步发展,并不断吸引外企投资。机遇与挑战并存,我国石墨烯电池企业能否赢得这次发展机遇?市场前景很被看好。

  除了工业应用,目前电池比较大众化的用途主要用于手机与电动汽车两方面。然而,长期以来,传统的锂离子电池都有耗能、成本高、使用条件有限制、充电时间长、续航时间短等问题。特别是使用时长,相信大部分人都或多或少遭遇过关键时刻手机或汽车突然没电的尴尬。而随着工业时代的发展,电池作为动力的来源,在世界市场上占领的份额越来越大,传统电池的这些问题也就成了其自身的“诟病”,亟待解决。技术和材料是主要攻破点,在意识到电池行业将是个庞大的市场后,数年来,一大批国内外企业和机构纷纷投入研究,都希望能找出一种完美的材料发展新型电池,突破使用局限。

  与此同时,一直致力于石墨烯研发的聚碳复材发现,传统锂离子电池都采用石墨类负极材料,在负极性能相似的情况下,锂离子电池的性能很大程度上取决于正极材料。因此,聚碳复材研究人员想到了在电池上采用新的能源材料石墨烯。其实验表明,通过在锂电池正负极材料中添加石墨烯,一是作为导电剂,二是作为负极电极嵌锂材料,在降低电池内阻的同时,可以达到实现高倍率快充快放和大幅提高电池循环寿命以及提升电池耐受高低温的性能的作用。

  石墨烯电池取得了革命性成功的同时,聚碳复材石墨烯量子电池研究领域也取得了辉煌的研发成果。近日,聚碳复材首席科学家,哈尔滨工业大学王殿龙教授在石墨烯量子电池领域取得重大突破。通过实验和理论计算,他们发现自主研发的纳米石墨烯/LiFePO4电池在水溶液中具有超快充放电速度,在200C(3600/200=18秒)充放电倍率下,容量可保持理论容量的92%。这一倍率性能超过2009年MIT Ceder教授在Nature上报道的最快充放电速度(150 C下容量保持56%),同时也发现比同等条件下有机电解液的充放电速度快约10倍。

  通过电化学实验和模拟,及量子化学第一性原理计算,发现纳米石墨烯/LiFePO4超充放电的机理,关键是LiFePO4纳米颗粒与不同电解液接触形成的新的固液界面结构,该固液界面的结构成为锂离子脱嵌过程及锂离子输运速度的决速步。石墨烯/LiFePO4与水溶液电解质接触后,表面化学吸附键合水分子的氧原子弥补了表面的对称性破缺,形成了与体相对称性一样的结构,同时又形成了一层水合界面。这层界面不仅有类似于体相的结构,同时也具有溶液中锂离子的水合结构,形成一层Janus(古希腊神话中的双面神)界面。这将降低锂离子在界面处的脱嵌能垒,有利于锂离子溶剂化和去溶剂化过程。此项研究将为今后进一步提高纳米量子电容电池倍率性能提供新的方法和视角,即通过调控正极材料的界面性质提高电容电池的倍率性能。
 

  值得一提的是,聚碳复材研究人员不但提高了电池的续航能力,在防鼓防燃上也比传统电池做得更好,成功扭转了蓄电池在过热或过冷的天气都会受到影响的尴尬局面,使电动汽车哪怕处于低温状态,都能充满电并顺畅使用。产品落地后,聚碳复材将这款真正意义上的石墨烯电池称作石墨烯量子电池,预计将于2017年4月上市。

  研究小组估计,如果石墨烯量子电池得到广泛应用,将带动智能手机跟电动汽车为中国带来每年数以亿计的经济利润。