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唱衰和捧杀石墨烯的都闭嘴 权威回答在这里(2)

北极星智能电网在线  来源:领能知道  作者:宫非  2016/2/2 9:03:19  我要投稿  

记者:石墨烯在燃料电池最有可能发挥作用的领域有哪些?

答:Rao (2008)研究了石墨烯 (3~4 层) 对氢气和二氧化碳的吸附性能。对H2 而言,在100 bar,298K 条件下,最高可达3.1wt %;对于CO2,在1bar,195K条件下,其吸附量为21~35 wt %。理论计算表明,如果采用单层石墨烯,其H2 吸附量可达7.7 wt %,完全能满足美国能源部(MOE) 对汽车所需氢能的要求 (6wt %) 。

记者:中车的石墨烯超级电容真的算是突破吗?

答:该公司 3伏╱12000法拉超级电容依公式 1╱2*C*V^2 得出电位能等于 54 KJ,换算为 15 wh,并没有超出目前技术水平太多。一般的 18650电池容量能做到 3100 mAh左右,这样算下来能量密度大约在 700 Wh/L,超级电容没有做到 200 kw/kg就没有机会取代锂电池。

记者:有所谓的“石墨烯电池”吗?

答:所谓石墨烯电池并非整个电池都用石墨烯材料制作,而是在电池的电极使用石墨烯材料,所以称为「石墨烯电池」并不恰当。石墨是目前锂离子电池中最常用的负极材料,充电时,Li 嵌入到石墨层间形成插层化合物,Li 完全嵌入时,每个石墨层都嵌入一层 Li,对应化合物 LiC6,理论比容量为 372 mAh╱g。当每片单层石墨都以杂乱无章的方式排列,则在单层石墨的两侧表面都可以结合 Li,理论比容量提高了一倍,即 744 mAh╱g。由于石墨烯的缺陷位、片层边缘及石墨烯堆积形成的微孔结构都可以储存 Li。因此,在理论上石墨烯电极可能有超过石墨两倍的比容量。

如果将石墨烯和 SnO2,Mn3O4,CuO 等电导率比较低的正极、负极纳米材料进行复合,如 Li4Ti5O12、TiO2、LiFePO4 等,就能提高锂离子电池的循环性能。中科院金属研究所在 PNAS 发表论文,将正极材料 LiFePO4 和负极材料 Li4Ti5O12 分别与石墨烯复合,制备了 LiFePO4-石墨烯╱Li4Ti5O12-石墨烯为电极的具有高充放电速率的柔性锂离子电池,石墨烯做为锂离子及电子的通路,同时发挥导电添加剂和集流体的作用。

记者:当2017年石墨烯价格降到每公斤80美元时,就可以让电池市场快速应用的说法正确吗?

答:错的很离谱。提出这点观点的业者是还停留在量产能力就等于应用技术成熟的迷思,我们的制备成本早就低于每公斤80美元,重点是符合应用技术的客制化石墨烯,这类公司只能生产一二类石墨烯怎么做能源产业呀,难怪从2009年就投入锂电池开发一直没有甚么成效。

记者:华为手机产品线副总裁李昌竹,在2015年移动智能终端峰会上透露,可能在明年下半年使用石墨烯电池技术可行吗?

答:很难。如果说电池技术要发表,至少现在已经有样品做测试了。进一步观察一个手机厂是否会有创新性电池技术,就看他有没有投资电池厂或者买现成的电池技术。我接触过的大厂普遍有个闭门造车的心态,就是买石墨烯回来自己试,但石墨烯的学问那么深奥,岂是一间渠道公司能够掌握的。

那么,到底石墨烯在能源领域的商品化还需要等多久?我们先回顾中国在石墨烯锂电池的一篇“旧闻”——2015年上市的一款名为「开拓者α」的手机,就采用由中国科学院重庆绿色智慧技术研究院和中国科学院宁波材料技术与工程研究所开发的石墨烯触摸屏、电池和导热膜等新材料,手机触控屏幕不偏色不泛黄,色彩真实、纯净,通透性也比传统屏幕好,手机充电速率提高了 40%,电池寿命延长了 50%,电池的能量密度也增加 10%。从这可以看出,采用石墨烯材料的电极虽然大幅提升了电池寿命和电池充电速度,但因石墨烯材料本身具有的高比表面积等性质,与现在的锂离子电池工业的技术体系无法兼容,能量密度并没有实现理论上的翻倍,仅仅提升了 10%。

的确,目前声称石墨烯电池╱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。但我们只看到能量密度无法翻倍的现象,就断言是比表面积等性质与现有技术体系「无法兼容」也未免太过武断。毕竟,氧化还原法的石墨烯材料虽然只有二三种,但我们已经有超过200种以上组合(包括孔隙型粉末及薄片型粉末等)。

最近半年有专家提到几个原因使石墨烯应用在锂离子电池应用变得困难,包括:

a、成本问题。传统导电炭黑和石墨都是论吨卖的(一吨几万元),论克卖的石墨烯哪天能降到这个价?此时使用的材料就是石墨微片(可能有几十层),根本不是单层或数层的石墨烯。

事实上,石墨烯成本目前的确已经可以做到一吨十几万元,而且层数在六层以内。我们试过在达成同样的导电率下三者的渗滤阈值。石墨烯:碳纳米管:碳黑约等于1:2:4,这说明石墨烯的性价比已经超越导电碳黑。其实能否取代导电碳黑不是成本问题,而是石墨烯要能高于现有规格才有机会。因为需要形成导电网络,所以多层石墨烯比单层石墨烯更有用,我们发现六至十层的效果最佳。

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