充电5秒通话2小时的超级电池何时走进百姓家？

浙江大学研究团队近日研发出一款新型“铝—石墨烯”超级电池,展现出秒充、长寿、耐热、抗冻的美好前景,引起网络和业界关注。这种超级电池真有那么神吗?进入我们日常生活还有多远?

“超级电池”性能优异

浙江大学高分子科学与工程学系的高超团队,近期研制出一款新型“铝—石墨烯”电池,正极是石墨烯薄膜,负极是金属铝,短短几秒便可充电完成。

在“比容量”和“倍率”等评判电池性能的关键指标上,这种“超级电池”展示出优异性能。循环充放电25万次后依然电力十足;可以在—40℃到120℃的环境中工作,可谓既耐高温,又抗严寒,电芯暴露于火焰中时也不会起火或爆炸;即使弯折一万次后,容量也能够完全保持。

“石墨烯能够提高铝离子电池的瞬间输出功率,极限环境下也能使用,将来可以与锂电池或其他技术互补联用,解决电动车低温启动和高温运行安全等问题。”浙江大学高分子科学与工程系教授高超说。

除浙江大学外,国内外的多家实验室都在探索用石墨烯材料提升电池性能,包括美国斯坦福大学、中科院宁波材料所都曾用石墨烯材料代替电池的核心材料,制备出令人瞩目的“超级电池”。

产业化仍存多重挑战

虽然我国石墨烯产业发展态势较好,原料制备问题正在陆续解决,下游应用正在开启,但实验室里的“超级电池”要走进千家万户,产业化之路仍然漫长。

“实验室中实现优异性能,还不代表就能够产业化;一般情况,从实验室研究到产业化需要少则数年,多则几十年的时间。”中科院宁波材料所动力锂电池工程实验室主任刘兆平说。

刘兆平认为,铝—石墨烯超级电池的电极液匹配性,是目前面临的主要技术瓶颈;另外,这种“超级电池”能量密度偏低,这意味着它还不宜单独作为电动车的电源使用。

高超也认为,“超级电池”的目标是兼具高能量密度和高功率密度,科学上已可以实现。不过,目前的铝—石墨烯电池,其输出电压、正极材料的比容量(编注:比容量是单位质量或单位体积的电池或活性物质所能放出的电量),以及电池极片活性物质的单位面积负载量等指标,还有较大的提升空间,“其能量密度也不足以与锂离子电池相匹敌,今后还需在保持高功率密度的基础上进一步提高能量密度。目前经典的离子液体电解质价格较贵,如果可以找到更廉价的电解质,商业前景将更宽广。”

高超表示,实验室科学研究的主要任务是推进认知的极限,而要解决存在的技术问题和工程问题,需要在资金及人力上加大投入,才能推进产业化。

市场上的“石墨烯电池”多是“噱头”被称为“新材料之王”的石墨烯,尽管在资本市场上被炒得火热,但研究和应用方面实际上才刚刚起步。

在电子消费领域,不少厂商都把充电时间和电池容量作为追逐目标,如今锂电池是电子产品的“标配”,却在安全性、续航能力、充电速度上存在较大短板。因此,作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料,石墨烯被寄予诸多期待。

石墨烯在研究和应用方面实际上才刚刚起步。(图片来自网络)

然而,梳理对比研究机构的最新突破和市场最新产品,不难发现,许多厂商推出的“石墨烯电池”多是打着“石墨烯”招牌进行营销,而非真正的技术突破。这些产品中,石墨烯主要作为导电添加剂替代炭黑,作用仅是提升导电性能。

“石墨烯若是作为导电剂存在,意味着电池没有变革性进步,只能算是一点改良。所谓石墨烯电池应该是石墨烯材料和硅等新一代材料进行复合,作为电池中核心的、不可替代的成分,这样的‘石墨烯电池’才是未来的方向。”刘兆平说。