2019年11月,某中国品牌自主研发的基于三维结构石墨烯(3DG)材料的“超级快充电池”正式对外公布,前不久宣布未来将在旗下车型搭载相关技术成果。其最大的宣传点在于8分钟就可充满80%,这到底是什么技术如此恐怖?又是否能掀起一次革命呢?
先来说说石墨烯到底是什么?石墨烯是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。其最大的特点在于有着优异的光学、电学、力学特性。
那么它有啥充电速度快?石墨烯在室温下的载流子迁移率约为15000cm2/(V·s),这一数值超过了硅材料的10倍,是已知载流子迁移率最高的物质锑化铟(InSb)的两倍以上。在某些特定条件下如低温下,石墨烯的载流子迁移率甚至可高达250000cm2/(V·s)。与很多材料不一样,石墨烯的电子迁移率受温度变化的影响较小,50~500K之间的任何温度下,单层石墨烯的电子迁移率都在15000cm2/(V·s)左右。
翻译成人话就是:虽然不太能储存电能,但是把电池的两极的材料分开,电子可以非常轻易穿过,也就是电池的内阻会非常小,也就是为啥其充电速度快的原因。
那么既然可以提高充电速度,为什么没有大批量产?
因为难以制备。2004年,英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃消洛夫从高定向热解石墨中剥离出石墨片,然后将薄片的两面粘在一种特殊的胶带上,撕开胶带,就能把石墨片一分为二。不断地这样操作,于是薄片越来越薄,最后,他们得到了仅由一层碳原子构成的薄片,这次研究帮助他们获得了2010年的诺贝尔奖,但是想批量提取,这个办法肯定不行。
目前常见的石墨烯粉体生产提取的方法,有机械剥离法、氧化还原法、SiC外延生长法,薄膜生产方法为化学气相沉积法(CVD)等等。这些方法普遍存在一个问题,就是需要严密的实验室环境做支持,并且一次只能小规模的提取。简单来说,就是提取成本太高。
那么此家中国品牌汽车厂商怎么做到的?
根据目前公开的资料,只能知道其掌握了自主研发的三维结构(3DG)石墨烯制备技术,这种技术制备的3DG石墨烯粉体在比表面积上优势明显,但是如何具体制备的信息找不到分毫。
可行性如何?
因为暂时不确定该厂商的石墨烯电池技术,我不好给别人的产品下结论,所以只提出我的几点疑问。
1.能量密度如何解决?
一般的18650电池容量能做到3100mAh左右,这样算下来能量密度大约在700Wh/L,石墨烯电池作为超级电容如果不能做到200kw/kg,那么就没有取代锂电池的机会。毕竟根据能量密度和功率密度的近跷跷板效应,8分钟充到85%,大概就是6C/10min,能量密度才多少?
2.假设解决了能量密度的问题,充电问题如何解决?
假设电车的电池容量是60kwh,8分钟充85%,就是要在8分钟内,充进51kwh的电量。那么,需要多大功率的充电桩呢?根据公式估算出功率应该在400kW,这个数据在现阶段,基本就是只能想想。
但请注意,这是理论数据,首先目前市面上主流的国网充电桩一定不可能达到如此高的功率,即便是特斯拉的超级充电桩,也不过250kW,而且成本居高不下。想要攻克功课400kW的大功率充电桩,是提升电压?还是增大电流?
提升电压?电池寿命首先摆在眼前,即便是石墨烯的加入增加了电池的充电循环次数,但是恐怕也禁不起这么折腾。
增大电流?如今仅仅100多A的电流就已经需要用手腕粗的线缆,如果要继续增加电流,线缆的成本难以估算,而且和充电枪的接驳问题,设备和电池的发热问题又要如何解决?就算这些问题全部解决了,要大面积的铺开,恐怕依旧不现实。
全文总结:其实在我看来,目前电动车的企业没有意识到电车真正的短板。大家都一直在续航和充电速度上来做文章。但其实当续航和充电速度达到某个阈值以后,就已经足够满足消费者需求了,真正要提升的,是充电桩的密集度。因为一切车辆作为家用车属性时,它停在车位上的时间一定大于驾驶它在路上的时间,所以大面积铺开充电桩,才是解决大家对于电车的使用烦恼。
免责声明