石墨烯鋰電池：電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航里程的未來(lái)？

英國(guó)科學(xué)家發(fā)明石墨烯10年后，在電池上的應(yīng)用獲得巨大突破。2014年12月初，西方媒體報(bào)道，西班牙Graphenano公司和西班牙科爾瓦多大學(xué)合作研發(fā)的石墨烯電池，一次充電時(shí)間只需8分鐘，可行駛1000公里。它被石墨烯研究者稱(chēng)做“超級(jí)電池”。

“我們現(xiàn)在還在了解情況，正在求證西班牙這種電池的具體情況，如果確認(rèn)是這樣的，那確實(shí)是革命性的變化出來(lái)了?！敝袊?guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)戰(zhàn)略聯(lián)盟秘書(shū)長(zhǎng)李義春對(duì)記者稱(chēng)。

西班牙的“超級(jí)電池”很快將像特斯拉一樣應(yīng)用于汽車(chē)上，據(jù)西方媒體報(bào)道，它的擁有者12月在德國(guó)兩大汽車(chē)巨頭的汽車(chē)上進(jìn)行試驗(yàn)，并在2015年第一季度生產(chǎn)上市使用。

石墨烯充電時(shí)間接近加油

目前，全球汽車(chē)制造商使用的動(dòng)力電池主要使用鋰電池，以特斯拉為代表的鎳鈷鋁酸鋰電池(鈷酸鋰電池)、以比亞迪為代表的磷酸鐵鋰電池和以日本汽車(chē)為代表的錳酸鋰電池。

這三類(lèi)電池以鈷酸鋰電池能量密度最高，但它在高溫下也最不穩(wěn)定；磷酸鐵鋰電池最穩(wěn)定，但能量密度最低。

鋰離子電池技術(shù)，已經(jīng)沉寂了20年沒(méi)有大的技術(shù)革新。一位研究動(dòng)力電池的專(zhuān)家稱(chēng)，其最大的障礙在于，鋰離子電池功率密度有限，其大量能量無(wú)法快速接收或釋放。

特斯拉升級(jí)版的Roadster3.0采用了改進(jìn)過(guò)的鋰電池，特斯拉沒(méi)有確認(rèn)是否加入了石墨烯。不過(guò)，它的性能有大幅度的提升，恐怕只有石墨烯能做到。新改進(jìn)的18650型鋰電池的容量大幅度加大，6831節(jié)電池組數(shù)量沒(méi)有增加，但電池組的總?cè)萘繌?3kWh提高到了70kWh.

據(jù)接受采訪(fǎng)的專(zhuān)家介紹，石墨烯的結(jié)構(gòu)可以改變鋰電池技術(shù)長(zhǎng)期沒(méi)有突破的障礙。石墨烯片材內(nèi)部結(jié)構(gòu)間隔擴(kuò)大，以允許更多的電解質(zhì)“潤(rùn)濕”及鋰離子電池中的鋰離子獲得高速率通道的性能。

“石墨烯的特點(diǎn)是導(dǎo)電速度快，導(dǎo)電性能好，目前很多研究都在實(shí)驗(yàn)，具體哪一塊很難說(shuō)，不過(guò)縮短充電時(shí)間等是肯定的?！崩盍x春說(shuō)。按照美國(guó)倫斯勒理工學(xué)院研究人員的預(yù)計(jì)，石墨烯陽(yáng)極材料比如今鋰離子電池中慣用的石墨陽(yáng)極充電或放電速度快10倍。

按照西班牙上述機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)，石墨烯也可能大幅度增加電池的容量?！俺?jí)電池”參數(shù)顯示，其能量密度超過(guò)600wh/kg，是目前動(dòng)力鋰電池的5倍;使用壽命是目前鋰電池兩倍;其成本將比目前鋰電池降低77%。

鋰電池傳統(tǒng)制造強(qiáng)國(guó)是日本和韓國(guó)，在石墨烯電池上他們也正在搶奪技術(shù)先機(jī)，韓國(guó)科學(xué)家早在去年11月就宣布，最新發(fā)明的石墨烯超級(jí)手機(jī)電池，可存儲(chǔ)與傳統(tǒng)電池等量的電量，但充電時(shí)間只需16秒。

日本在電池技術(shù)上實(shí)行兩條路線(xiàn)并行，除了發(fā)展普通意義上的鋰電池，他們還研究燃料電池技術(shù)，用特制的石墨烯材料替代鉑作為催化劑，來(lái)制造燃料電池車(chē)所需的氫燃料，獲得突破。

目前石墨烯的研究總體上分兩塊：

一是在傳統(tǒng)鋰電池上進(jìn)行應(yīng)用，目的是改進(jìn)、提升鋰電池的性能，這類(lèi)電池不會(huì)產(chǎn)生顛覆性的影響;

二是依據(jù)石墨烯制造一個(gè)新體系的電池，它是一個(gè)嶄新系列的，在性能上是顛覆性的，稱(chēng)作“超級(jí)電池”。

中國(guó)2015年量產(chǎn)石墨烯鋰電池

中國(guó)新能源汽車(chē)推廣長(zhǎng)達(dá)5年，但效果并不理想。據(jù)工信部的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2014年前11個(gè)月，我國(guó)新能源汽車(chē)?yán)塾?jì)生產(chǎn)5.67萬(wàn)輛，和2015年純電動(dòng)汽車(chē)和插電式混合動(dòng)力汽車(chē)?yán)塾?jì)產(chǎn)銷(xiāo)量力爭(zhēng)達(dá)到50萬(wàn)輛的目標(biāo)差距巨大。

市場(chǎng)化艱難的主要原因，在于使用的便捷度上：一是，續(xù)航里程較低，消費(fèi)者普遍有里程焦慮;二是，充電設(shè)施不完善，充電不方便影響使用。

在傳統(tǒng)的解決方案中，車(chē)企采用了先推廣混合動(dòng)力車(chē)型緩解里程焦慮，消費(fèi)者可以根據(jù)實(shí)際情況選擇用油或者用電;另一個(gè)角度，國(guó)家鼓勵(lì)大規(guī)模建設(shè)充電站和充電樁，緩解充電難。

石墨烯超級(jí)電池的出現(xiàn)，可能徹底改變現(xiàn)有的充電問(wèn)題。續(xù)航里程成倍增長(zhǎng)，長(zhǎng)途出行的里程焦慮可能徹底打破。以西班牙的超級(jí)電池為例，1000公里的續(xù)航里程幾乎接近北京到上海的直線(xiàn)距離，遠(yuǎn)超出傳統(tǒng)汽車(chē)一箱油的行駛距離。

石墨烯充電速度提升，可以減少充電時(shí)間，宏觀(guān)上可以大范圍減少充電站和充電樁的需求。以目前全球領(lǐng)先地位的特斯拉ModelS85為例，其通過(guò)大功率的超級(jí)充電站充電，也要80分鐘才能充滿(mǎn)，車(chē)主等充電的時(shí)間仍然是一次煎熬。

“超級(jí)電池10分鐘的充電時(shí)間，比加一次油時(shí)間長(zhǎng)一點(diǎn)點(diǎn)，但續(xù)航里程比一箱油要長(zhǎng)很多，消費(fèi)者再也不會(huì)抱怨?！币晃黄?chē)業(yè)內(nèi)人士分析稱(chēng)。

目前，油電混合動(dòng)力車(chē)被認(rèn)為是市場(chǎng)上最適合由燃油車(chē)過(guò)渡到電動(dòng)車(chē)的最好產(chǎn)品，而且這個(gè)過(guò)渡階段可能長(zhǎng)達(dá)15-20年，但電池材料的進(jìn)步可能推翻這種預(yù)判，甚至連純電動(dòng)車(chē)的普及也可能不需要那么長(zhǎng)時(shí)間。

“超級(jí)電池”一旦大規(guī)模應(yīng)用到電動(dòng)車(chē)上，對(duì)整個(gè)行業(yè)將是顛覆性的?！耙恍┌倌贶?chē)企可能沒(méi)有這項(xiàng)技術(shù)而衰落，而一些只有十幾、二十年的車(chē)企，因?yàn)檎莆招虏牧霞夹g(shù)，可能成為新的巨頭?！?/P>

李義春介紹說(shuō)，目前國(guó)內(nèi)對(duì)石墨烯電池的研究進(jìn)展順利，一些高校研發(fā)團(tuán)隊(duì)和深圳的企業(yè)進(jìn)行合作，研究已經(jīng)進(jìn)入了中試階段，“預(yù)計(jì)2015年上半年就可能實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，性能會(huì)有很多提升。比如，可以在不增加多少成本前提下，增加鋰電池的充放電次數(shù)，提高電池安全性等?！?/P>

中國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)戰(zhàn)略聯(lián)盟，在2013年就已經(jīng)向國(guó)家各部委上報(bào)了多個(gè)石墨烯研發(fā)示范基地，無(wú)錫、重慶、南京、青島、常州等紛紛建立石墨烯產(chǎn)業(yè)示范基地。2014年12月，國(guó)家主席習(xí)近平親赴江蘇高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)研究院，調(diào)研石墨烯研發(fā)及參觀(guān)產(chǎn)品展示。

不過(guò)，據(jù)石墨烯電池研究人士透露，目前國(guó)內(nèi)主要研究的是石墨烯運(yùn)用到鋰電池上，而非全新體系的“超級(jí)電池”，所以國(guó)內(nèi)技術(shù)和超級(jí)電池有一定差距。國(guó)家相關(guān)部門(mén)對(duì)此很重視，2015年出臺(tái)的“十三五”新材料規(guī)劃可能將石墨烯納入其中。