中國經(jīng)濟時報記者 張一鳴
隨著科技的進步，新能源汽車正駛?cè)爰铀侔l(fā)展軌道。作為新能源車“心臟”的電池，對續(xù)航里程和充電效率起著決定性作用，電池安全性更成為制約新能源車發(fā)展的關(guān)鍵因素和核心性能指標。石墨烯電池以其超輕、超強、超導(dǎo)電、低電阻的特性成為技術(shù)突破的曙光。當前，隨著新能源車的快速發(fā)展，多家企業(yè)瞄準石墨烯電池領(lǐng)域，意欲搶占固態(tài)電池新高地。
中國經(jīng)濟時報獲悉，石墨烯不僅是世界上最堅硬、導(dǎo)熱系數(shù)最高的材料，也是世界上電阻最小的材料。它可制造輕便、耐用、適用于高容量儲能的電池，并能大大縮短充電時間，是理想的電池材料。據(jù)研究，石墨烯電池的儲電量可達現(xiàn)有產(chǎn)品的三倍，同時有更長的使用壽命、更短的充電時間和更安全的性能，可為電動車的續(xù)航能力帶來質(zhì)的飛躍。
然而，雖然石墨烯固態(tài)電池呼聲很高，但目前石墨烯面臨著量產(chǎn)難、生產(chǎn)成本高等方面的挑戰(zhàn)。
北京旭華時代科技有限公司（以下簡稱“旭華科技”）首席專家朱光華介紹，曲面石墨烯電池創(chuàng)新技術(shù)破解了上述難題，這些低成本、可量產(chǎn)、分散性良好、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的高品質(zhì)石墨烯，有望解鎖石墨烯固態(tài)電池的應(yīng)用密碼，為新能源車的發(fā)展打開一片新天地。
有著“黑金”之喻的石墨烯，是從石墨中提取的純碳原子材料，雖然薄如蟬翼，卻強度驚人，并具備良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱功能。石墨烯以其在材料學(xué)、能源、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用前景，被譽為“21世紀的材料之王”。
朱光華透露，石墨烯本身具有優(yōu)異的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性屬性，電池的原理是正極負極的氧化還原反應(yīng)，在這一過程中，石墨烯以納米級顆粒進入電池板，將其中的空隙，以“電子搭橋”的方式進行填滿，同時配合石墨烯的高導(dǎo)電性，讓電池產(chǎn)生更少的阻熱，能量損失低，放電量增加，讓充放電效率得到極大提高。
據(jù)了解，旭華科技在業(yè)界首次實現(xiàn)曲面石墨烯量產(chǎn)下線，解決了石墨烯成本高、無法量產(chǎn)的難題，并做到了尺寸均勻，分散性優(yōu)異。
朱光華說，相較于傳統(tǒng)鋰電池，在高熱負荷的環(huán)境下，曲面石墨烯的熱導(dǎo)性能更加突出，固態(tài)電解質(zhì)能有效防止液態(tài)電解質(zhì)可能引發(fā)的短路和燃燒風(fēng)險。
對業(yè)界而言，目前限制全固態(tài)鋰電池應(yīng)用的主要問題是電極和電解質(zhì)材料二者間的界面的特性。因為固態(tài)材料的接觸面較難達到液態(tài)電池中那種緊密接觸的效果。朱光華稱，曲面石墨烯因其彎曲的表面結(jié)構(gòu)，可以增加電極與電解質(zhì)的接觸面積，改善界面接觸，減少界面阻抗，從而大大提高電池的能量效率和功率輸出。
與傳統(tǒng)的二維平面石墨烯材料相比，曲面石墨烯因其三維結(jié)構(gòu)和獨特的物理化學(xué)性質(zhì)，在全固態(tài)電池中主要體現(xiàn)在提升電子導(dǎo)電性、離子傳導(dǎo)性、優(yōu)化界面接觸、增強結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及提高能量密度和安全性等方面。
旭華電池研究組的實驗室數(shù)據(jù)表明，曲面石墨烯全固態(tài)電池能量密度超過800Wh/kg，常溫下循環(huán)6000次后，其容量仍可保持85%，為開發(fā)高能量密度的全固態(tài)電池提供了新的方法和思路。
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