电动车石墨烯电池是否真的量产了!

Howell  |  点击量:485次  |  2022年02月25日  

电动车石墨烯电池是否真的量产了?说到石墨烯相信很多人都不陌生,作为材料界的当红明星一经推出便反响强烈。这些年随着石墨烯的逐渐普及,石墨烯电池、石墨烯充电宝、石墨烯发热冲锋衣等一系列打着石墨烯产品数不胜数,再揭开这些产品的神秘面纱之前,小编先来介绍一下石墨烯,他究竟为何如此吸引人?想了解石墨烯首先要讲一下碳单质的结构:碳原子在不同的空间排列下会构成许多不同的物质,就是我们初中学过的同素异形体,比如我们熟知的钻石就是碳原子组成的四面单体结构,再比如碳60就是60个碳原子形成的类似足球的物质,还有石墨烯也是一种碳的同素异形体,我们的铅笔笔芯就是石墨做的,它具有片层状结构并且它的结构层内非常牢固但是层与层之间却很松散,所以石墨也经常用于润滑与导电。将石墨的一层取出就是我们所说的“石墨烯”,所以石墨烯就是由碳原子构成的,他是一种六边形单层网状结构。石墨烯非常薄,一层石墨烯只有头发丝的二十万分之一,而一毫米的石墨大约包含有150万层石墨烯,所以在应用领域10层以下的石墨才被认为是“石墨烯”。10层以上的都是石墨。



      过去科学家认为二维材料在现实生活中是不存在的,但是在2004年英国曼切斯特大学的两位教授安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫用胶带分离出了石墨烯,具体方法就是用胶带粘石墨片反复大约20次后就能分离出石墨烯,次发现颠覆了人们的认知因此获得了2010年的诺贝尔物理学奖。



      石墨烯的发现刷新了科学家们的认知,这种材料的优点非常多:首先因为层内结构十份稳定所以他的机械强度非常大是目前已知强度最高的材料之一甚至是钢铁的200倍,如果把它用用在战斗机上面可以大大减轻战斗机的重量提高机动性能。其次石墨烯的韧性和拉伸性能也很好,另外石墨烯的导电性和导热性也是杠杠的。我们都知道金属的导电性能很好,而石墨烯的导电性能是铜金属的13倍,是目前导电和导热性能最好的材料,把石墨烯运用于电子领域代替“硅”的话就再也不用担心芯片发热散热的难题了,石墨烯作为二维材料十分柔软还可以弯曲,可弯曲的电子屏幕就可以用石墨烯制造,可以说石墨烯就是材料中的学霸,强度、拉伸、导电、导热样样顶尖,也难怪科学家们对“石墨烯”材料寄予厚望。



      其实我们离石墨烯的应用还有很长的一段距离,要了解这个问题我们就不得不说石墨烯的制造工艺了,制造石墨烯主要有4种方法:机械剥离法、液相剥离法、化学气相沉积法、化学氧化法。

机械剥离法:简单的实验来说就是可以用胶带反复撕出石墨烯,这样的操作十分繁琐复杂,品质虽高但是产量极少,根本不可能大规模生产。

液相剥离法:简单的来说就是把石墨粉冲到搅拌机里不断搅拌,这种方法虽然产量大但质量偏低。

化学气相沉积法:先将石墨化成氧化石墨然后倒入搅拌机搅拌最后将其还原成石墨烯,产量虽大但是质量还是很低,大多数制备出来的都是氧化石墨而非石墨烯,此方法主要用作制备石墨烯粉末。


化学氧化法:化学氧化法简称“CVD”,这是目前工业制备石墨烯方法的主流方法也是最有前景的一种方法。通过这种方式生产出来的石墨烯质量还可以,普适性较强而且可以制备大尺寸的石墨烯薄膜,但是较难转移,一般生产出来的都是多晶,当然还有很多非主流方式这里就不一一介绍了。



      通过以上这些方法我们不难发现石墨烯面临无法大规模生产以及产品质量无法保证的问题,这是阻碍石墨烯发展的只要问题,所以各国科学家除了研究石墨烯的具体应用之外一直在寻找一种能够大规模高效生产的方法。也正因为石墨烯制备困难,到目前为止石墨烯的价格非常昂贵,高纯度的石墨烯材料价格远超黄金,价格可以达到5000元每克,所以石墨烯因此也被称为黑金,低纯度的石墨烯只要几十元。当前市场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年发现石墨烯的诺贝尔得主康斯坦丁·诺沃肖洛夫就发文表示目前工业生产的石墨烯样品中石墨烯含量大多低于10%,甚至没有一个样品石墨烯含量能超过50%,大家自己品品把!



      石墨烯的价格如此昂贵你想想能廉价应用在我们身边的产品上面吗?我国中科院士欧阳明高在电动车论坛上就公开表示说:如果有人跟你说这车能跑1000公里几分钟就能充满电并且还安全,以目前的技术来说他一定是骗子。此话一出立马就让一些宣传拥有石墨烯超级快充电池的厂商坐不住了,立马改口表示石墨烯快充电池和长续航硅负极电池是两种电池。什么是石墨烯电池?虽然不知道具体构造但大概率的说就是往电池里加点石墨烯作为导电剂看看他的电池容量、能量密度以及循环寿命等性能有没有提高,就好比做了一锅菜加了一勺味精再去尝尝味道,石墨烯就可以比作是一锅菜多了味精的味道,事实上现在很多石墨烯的研究都是往不同的东西里加一点点石墨烯看看有什么效果,不要问我怎么知道的我是听说的。



      所以再看看网上那些石墨烯内裤、石墨烯面膜、石墨烯电热毯、石墨烯电动自行车电池等等是不是就明白了什么呢?2016年美国新能源汽车菲斯克提出石墨烯电池,结果汽车没出来公司先破产被收购了,无独有偶在2018年三星提出了搭载“石墨烯球”技术的电池据说可以把电池容量提升45%,充电速度提升5倍,之后也是不了了之。大家看完之后觉得电动车石墨烯电池是否真的量产了?


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