11月28日,三星研發(fā)出石墨烯電池的新聞在各大科技平臺刷爆了。消息一出,業(yè)界人士紛紛發(fā)表見解,有人將其視為鋰電池的替代品,有人認(rèn)為,這并不是全新的“石墨烯”電池,而是一種采用石墨烯處理的電池材料。那么,三星此次突破的這項技術(shù)是否會帶動石墨烯市場的發(fā)展?當(dāng)前使用的鋰電池會被取代嗎?
巨大產(chǎn)業(yè)鏈或就此衍生
11月27日,三星電子在官網(wǎng)宣布已開發(fā)出石墨烯電池技術(shù),電池容量比目前市面上的高出45%,并且能夠把充電速度提升到現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的5倍,完成充電僅需12分鐘。
事實上,關(guān)于石墨烯電池的新聞已經(jīng)是屢見不鮮了。早在2011年,美國西北大學(xué)的研究人員就以石墨烯和硅為原料制造電池,聲稱“電池用上一周,每次充電只需15分鐘”。無獨有偶,華為曾在2015年宣布與曼徹斯特大學(xué)合作研究石墨烯的應(yīng)用,開發(fā)ICT領(lǐng)域的下一代高性能技術(shù),并稱將研究如何將石墨烯領(lǐng)域的成果應(yīng)用于消費電子產(chǎn)品和移動通信設(shè)備。2016年更是宣稱研究出了業(yè)界首個高溫長壽命石墨烯助力的鋰離子電池。
那么,三星為何要研發(fā)“石墨烯球”技術(shù)呢?
一方面,在三星爆炸事件中,部分手機自燃是由于鋰電池發(fā)生故障,這使得公司損失超過50億美元。因此,自2016年Galaxy Note 7多次出現(xiàn)電池自燃甚至爆炸事故后,三星就加大了對電池技術(shù)的研究。
另一方面是各界巨頭開始布局,除了特斯拉、谷歌、蘋果、華為、三星、富士康等,埃克森美孚、中國石化、中國石油、殼牌等傳統(tǒng)的能源巨頭和化學(xué)產(chǎn)業(yè)巨頭也在大力投入,甚至許多國內(nèi)外科研院所也參與其中。這種情況下,一旦在新電池技術(shù)上取得突破,無論以后是應(yīng)用在自家產(chǎn)品還是通過專利授權(quán)的方式,必定能賺得盆滿缽滿,迅速成為絕對的巨頭。
對此,業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為,在三星的帶動下,基于石墨烯技術(shù)的新電池有望實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,進(jìn)而帶來電池產(chǎn)業(yè)變革,促使智能手機和新能源汽車等產(chǎn)業(yè)的革新,這也將推動石墨烯市場的發(fā)展。
石墨烯將取代當(dāng)前電池材料?
ZDNet報道稱,自1991年首次商業(yè)化以來,鋰電池一直是電子設(shè)備的標(biāo)配。然而現(xiàn)在許多人認(rèn)為該技術(shù)已經(jīng)達(dá)到極限,正在尋找新的電池替代品。石墨烯正是在此時應(yīng)運而生。
實驗結(jié)果顯示,石墨烯助力的高溫鋰離子電池的溫升比普通鋰離子電池降低5℃;60°C高溫循環(huán)2000次,容量保持率仍超過70%;60℃高溫存儲200天,容量損失小于13%。那么,這是否意味著石墨烯將取代當(dāng)前的電池材料?
從技術(shù)對比上看,鋰電常用的導(dǎo)電劑有導(dǎo)電炭黑、乙炔黑、科琴黑,Super P等,當(dāng)前也有廠商在動力電池上開始使用碳纖維(VGCF)和碳納米管(CNT)。盡管石墨烯具有很高的導(dǎo)電性和耐用性,但從目前積累的測試數(shù)據(jù)看,VGCF、CNT以及石墨烯在倍率性能方面都比Super P都有一定提高。不過,這三者之間在電化學(xué)性能提升程度上的差異很小,石墨烯并未顯示出明顯的優(yōu)勢。
從成本上看,目前石墨烯的生產(chǎn)成本極其昂貴,而市場上所謂的廉價“石墨烯”產(chǎn)品基本上是氧化石墨烯。即便是氧化石墨烯成本也高于CNT,而CNT的成本又比VGCF高。可見,石墨烯在用作導(dǎo)電添加劑方面,目前跟CNT和VGCF在性價比方面并沒有優(yōu)勢可言。
從生產(chǎn)工藝上看,相比于普通的干法復(fù)合工藝,復(fù)合石墨烯并沒有明顯改善材料的電化學(xué)性能,反而由于石墨烯的分散性以及相容性問題而增加了工藝的復(fù)雜性而影響到批次穩(wěn)定性。
從安全性上看,石墨烯表面豐富的官能團就是石墨烯表面的小傷口,添加過多不僅會降低電池能量密度,而且會增加電解液吸液量,甚至還會增加與電解液的副反應(yīng)而影響循環(huán)性,有可能帶來安全性問題。
日前,美國Graphene-info這個較權(quán)威的石墨烯網(wǎng)站也表示,“石墨烯電池”的定義是在電極材料中添加了石墨烯材料的電池。不過如果綜合考量材料成本、生產(chǎn)工藝、加工性和電化學(xué)性能,石墨烯或者石墨烯復(fù)合材料實際用于鋰電負(fù)極的可能性很小產(chǎn)業(yè)化前景渺茫。
同時,有業(yè)內(nèi)人士表示,以iPhone手機電池為例,其電池容量的提升主要是由于LCO工作電壓提升的結(jié)果,將上限充電電壓從4.2V提升到iPhone 6上的4.35V,使得LCO的容量從145 mAh/g逐步提高到160-170mAh/g,這些提高都跟石墨烯無關(guān)。
換句話說,充電是快了,但容量還是個問題。
石墨烯電池迎機遇 國內(nèi)九大領(lǐng)先企業(yè)搶先看
近年來,石墨烯產(chǎn)業(yè)化步伐不斷加快。今年11月,中英更是開展石墨烯標(biāo)準(zhǔn)化合作,雙方將共同研討制定石墨烯產(chǎn)業(yè)化的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),并將標(biāo)準(zhǔn)推向國際市場。預(yù)計到2020年,全球石墨烯形成完整產(chǎn)業(yè)鏈,市場規(guī)模將達(dá)1000億元,其中,中國占比達(dá)50%至80%。
這其中,石墨烯電池就成為行業(yè)關(guān)注的焦點。雖然在鋰電領(lǐng)域前景未明,但是有不少上市公司爭相布局。據(jù)不完全統(tǒng)計,包括東旭光電、寶泰隆、佛塑科技、珈偉股份、杉杉股份、道氏技術(shù)、凱納股份、南都電源、康得新等均在布局鋰電池材料領(lǐng)域的石墨烯電池。
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