浙江大學(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)系的高超團隊，近期研制出一款新型“鋁—石墨烯”電池，正極是石墨烯薄膜，負(fù)極是金屬鋁，短短幾秒便可充電完成。
在“比容量”和“倍率”等評判電池性能的關(guān)鍵指標(biāo)上，這種“超級電池”展示出優(yōu)異性能。循環(huán)充放電25萬次后依然電力十足;可以在—40 到120 的環(huán)境中工作，可謂既耐高溫，又抗嚴(yán)寒，電芯暴露于火焰中時也不會起火或爆炸;即使彎折一萬次后，容量也能夠完全保持。
“石墨烯能夠提高鋁離子電池的瞬間輸出功率，極限環(huán)境下也能使用，將來可以與鋰電池或其他技術(shù)互補聯(lián)用，解決電動車低溫啟動和高溫運行安全等問題。”浙江大學(xué)高分子科學(xué)與工程系教授高超說。
除浙江大學(xué)外，國內(nèi)外的多家實驗室都在探索用石墨烯材料提升電池性能，包括美國斯坦福大學(xué)、中科院寧波材料所都曾用石墨烯材料代替電池的核心材料，制備出令人矚目的“超級電池”。
產(chǎn)業(yè)化仍存多重挑戰(zhàn)雖然我國石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展態(tài)勢較好，原料制備問題正在陸續(xù)解決，下游應(yīng)用正在開啟，但實驗室里的“超級電池”要走進千家萬戶，產(chǎn)業(yè)化之路仍然漫長。
“實驗室中實現(xiàn)優(yōu)異性能，還不代表就能夠產(chǎn)業(yè)化;一般情況，從實驗室研究到產(chǎn)業(yè)化需要少則數(shù)年，多則幾十年的時間。”中科院寧波材料所動力鋰電池工程實驗室主任劉兆平說。
劉兆平認(rèn)為，鋁—石墨烯超級電池的電極液匹配性，是目前面臨的主要技術(shù)瓶頸;另外，這種“超級電池”能量密度偏低，這意味著它還不宜單獨作為電動車的電源使用。
高超也認(rèn)為，“超級電池”的目標(biāo)是兼具高能量密度和高功率密度，科學(xué)上已可以實現(xiàn)。不過，目前的鋁—石墨烯電池，其輸出電壓、正極材料的比容量(編注：比容量是單位質(zhì)量或單位體積的電池或活性物質(zhì)所能放出的電量)，以及電池極片活性物質(zhì)的單位面積負(fù)載量等指標(biāo)，還有較大的提升空間，“其能量密度也不足以與鋰離子電池相匹敵，今后還需在保持高功率密度的基礎(chǔ)上進一步提高能量密度。目前經(jīng)典的離子液體電解質(zhì)價格較貴，如果可以找到更廉價的電解質(zhì)，商業(yè)前景將更寬廣。”
目前的鋁—石墨烯電池在實驗室中性能優(yōu)異，但多項指標(biāo)還有較大的提升空間。(圖片來自網(wǎng)絡(luò)，微信“@浙大科學(xué)+++”)
高超表示，實驗室科學(xué)研究的主要任務(wù)是推進認(rèn)知的極限，而要解決存在的技術(shù)問題和工程問題，需要在資金及人力上加大投入，才能推進產(chǎn)業(yè)化。
市場上的“石墨烯電池”多是“噱頭”被稱為“新材料之王”的石墨烯，盡管在資本市場上被炒得火熱，但研究和應(yīng)用方面實際上才剛剛起步。
在電子消費領(lǐng)域，不少廠商都把充電時間和電池容量作為追逐目標(biāo)，如今鋰電池是電子產(chǎn)品的“標(biāo)配”，卻在安全性、續(xù)航能力、充電速度上存在較大短板。因此，作為目前發(fā)現(xiàn)的最薄、強度最大、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能最強的一種新型納米材料，石墨烯被寄予諸多期待。
石墨烯在研究和應(yīng)用方面實際上才剛剛起步。
然而，梳理對比研究機構(gòu)的最新突破和市場最新產(chǎn)品，不難發(fā)現(xiàn)，許多廠商推出的“石墨烯電池”多是打著“石墨烯”招牌進行營銷，而非真正的技術(shù)突破。這些產(chǎn)品中，石墨烯主要作為導(dǎo)電添加劑替代炭黑，作用僅是提升導(dǎo)電性能。