所谓的“石墨烯电池”原理图,实际上并没有关于该电池反应机理的有效信息。
如果查阅百度百科“石墨烯电池”,大家会发现该词条中并没有对于该电池的反应机理的细致说明,其中主要的信息集中于石墨烯薄膜、石墨烯快充放电容器、以及2014年西班牙Graphenano的那条“电池成本下降77%,续航里程扩展至1000公里”的新闻。
但是非常遗憾的是,这些新闻都仅限于一些皮毛的报道,连电池的结构和反应机理示意图都没有,也缺乏具体的能量密度、电压、循环寿命等具体的技术参数。而对于电池工业来说,没有这些信息,报道出来的新闻缺乏最基本的可信度,虚假夸大宣传的可能性极大。近一年过去了,业界的进展情况也可以作为此类新闻“不靠谱”的佐证。
我们应该进行进一步分析,看看“石墨烯电池”这样一种技术,倒底在哪里存在问题,为什么存在问题。
“石墨烯电池”:是电池还是电容?
实际上,科研界的人对于“石墨烯电池”的相关研究已经很多。但是如果细心分析,就会发现,其实其中很大部分做的是超级电容:在此时,可以通过控制石墨烯的氧化状态等特性,利用其做成电极材料,基于其很大的比表面积的特性来实现快速的电化学反应,即大家耳熟能详的“快速充放”。类似文献有很多,这里贴一篇供参考:All-graphene-battery:bridgingthegapbetweensupercapacitorsandlithiumionbatteries:ScientificReports:NaturePublishingGroup
实际上,石墨烯相关的新闻里,快充放的占有大多数,但是真正敢说石墨烯电池容/能量有明显提升的却很少。这主要是因为,石墨烯的本征特性(二维纳米材料,高比表面积)决定了其在超级电容中应用的希望比在锂离子电池中要大一些。而超级电容器一般来说,功率密度高于锂离子电池可以实现快充放无误,但是其能量密度(1-20Wh/kg)远低于一般锂离子电池(100-220Wh/kg),通俗的说就是如果你用超级电容做电动汽车,充电很快,但是一次充电跑不远,续航里程会非常糟糕。
即使是应用石墨烯相对靠谱一点的电容领域,在理论上其仍然存在能量密度不足这样的硬伤(声称石墨烯电池/电容可以容量提高30%以上的信息可信度都极低,因为一无反应机理,二无具体数据,三无产品实测分析结果)。
实际上,电容的高功率特性在汽车启动、电网与可再生能源平滑输出方面的用处很大(石墨烯电容在此可能会有较广阔的发展前景),但这时主要用的是其高功率的优点,如果需要能量密度还是离不开锂离子电池做主力。那如果是石墨烯用在锂离子电池中呢?