浙江大學研究團隊近日研發出一款新型“鋁—石墨烯”超級電池,展現出秒充、長壽、耐熱、抗凍的美好前景,引起網絡和業界關注。這種超級電池真有那么神嗎?進入我們日常生活還有多遠?

“超級電池”性能優異

浙江大學高分子科學與工程學系的高超團隊,近期研制出一款新型“鋁—石墨烯”電池,正極是石墨烯薄膜,負極是金屬鋁,短短幾秒便可充電完成。

在“比容量”和“倍率”等評判電池性能的關鍵指標上,這種“超級電池”展示出優異性能。循環充放電25萬次后依然電力十足;可以在—40℃到120℃的環境中工作,可謂既耐高溫,又抗嚴寒,電芯暴露于火焰中時也不會起火或爆炸;即使彎折一萬次后,容量也能夠完全保持。

“石墨烯能夠提高鋁離子電池的瞬間輸出功率,極限環境下也能使用,將來可以與鋰電池或其他技術互補聯用,解決電動車低溫啟動和高溫運行安全等問題。”浙江大學高分子科學與工程系教授高超說。

除浙江大學外,國內外的多家實驗室都在探索用石墨烯材料提升電池性能,包括美國斯坦福大學、中科院寧波材料所都曾用石墨烯材料代替電池的核心材料,制備出令人矚目的“超級電池”。

產業化仍存多重挑戰

雖然我國石墨烯產業發展態勢較好,原料制備問題正在陸續解決,下游應用正在開啟,但實驗室里的“超級電池”要走進千家萬戶,產業化之路仍然漫長。

“實驗室中實現優異性能,還不代表就能夠產業化;一般情況,從實驗室研究到產業化需要少則數年,多則幾十年的時間。”中科院寧波材料所動力鋰電池工程實驗室主任劉兆平說。

劉兆平認為,鋁—石墨烯超級電池的電極液匹配性,是目前面臨的主要技術瓶頸;另外,這種“超級電池”能量密度偏低,這意味著它還不宜單獨作為電動車的電源使用。

高超也認為,“超級電池”的目標是兼具高能量密度和高功率密度,科學上已可以實現。不過,目前的鋁—石墨烯電池,其輸出電壓、正極材料的比容量(編注:比容量是單位質量或單位體積的電池或活性物質所能放出的電量),以及電池極片活性物質的單位面積負載量等指標,還有較大的提升空間,“其能量密度也不足以與鋰離子電池相匹敵,今后還需在保持高功率密度的基礎上進一步提高能量密度。目前經典的離子液體電解質價格較貴,如果可以找到更廉價的電解質,商業前景將更寬廣。”

高超表示,實驗室科學研究的主要任務是推進認知的極限,而要解決存在的技術問題和工程問題,需要在資金及人力上加大投入,才能推進產業化。

市場上的“石墨烯電池”多是“噱頭”被稱為“新材料之王”的石墨烯,盡管在資本市場上被炒得火熱,但研究和應用方面實際上才剛剛起步。

在電子消費領域,不少廠商都把充電時間和電池容量作為追逐目標,如今鋰電池是電子產品的“標配”,卻在安全性、續航能力、充電速度上存在較大短板。因此,作為目前發現的最薄、強度最大、導電導熱性能最強的一種新型納米材料,石墨烯被寄予諸多期待。

石墨烯在研究和應用方面實際上才剛剛起步。(圖片來自網絡)

然而,梳理對比研究機構的最新突破和市場最新產品,不難發現,許多廠商推出的“石墨烯電池”多是打著“石墨烯”招牌進行營銷,而非真正的技術突破。這些產品中,石墨烯主要作為導電添加劑替代炭黑,作用僅是提升導電性能。

“石墨烯若是作為導電劑存在,意味著電池沒有變革性進步,只能算是一點改良。所謂石墨烯電池應該是石墨烯材料和硅等新一代材料進行復合,作為電池中核心的、不可替代的成分,這樣的‘石墨烯電池’才是未來的方向。”劉兆平說。