性能是否等同于可充電寶關(guān)于第一個(gè)石墨烯基鋰離子電池的問題

性能是否等同于可充電寶關(guān)于第一個(gè)石墨烯基鋰離子電池的問題

7月9日，東旭光電公司宣布，已推出全球首款石墨烯基鋰離子電池產(chǎn)品Allene King，東旭光電表示，通過測試，充電需要15分鐘。其充電效率是普通充電產(chǎn)品的24倍。可在-30~80~C環(huán)境下工作，循環(huán)壽命可達(dá)3500倍。

艾倫之王的登陸開啟了石墨烯在能源領(lǐng)域的應(yīng)用時(shí)代，東旭光電投資主管、上海市碳源惠谷董事長王中輝表示：石墨烯技術(shù)是石墨烯在鋰電池應(yīng)用歷史上的革命性突破，是真正的殺手級(jí)應(yīng)用。石墨烯工業(yè)所期待的。

消息一傳出，資本市場上的一些獵手就聲稱，艾倫國王的到來，標(biāo)志著石墨烯電池在中國的真正誕生，代表著中國在世界其他國家石墨烯技術(shù)的領(lǐng)先地位，這將給整個(gè)電池行業(yè)帶來變化。

至于石墨烯電池，給智能手機(jī)充電只需幾秒鐘。新能源汽車一次充電8分鐘，可行駛1000公里，近年來，在許多文章和演講場合，人們經(jīng)常聽到這樣的說法。

近年來，新能源汽車在世界各地發(fā)展迅速，但目前一輛好的電動(dòng)汽車充電至少需要兩個(gè)小時(shí)，可以行駛300公里左右。這已經(jīng)非常有效了。更多電動(dòng)汽車單次充電需要三到四個(gè)小時(shí)或更長時(shí)間，石墨烯電池概念的出現(xiàn)給很多人帶來了希望，因此，石墨烯電池的任何漲落都會(huì)在市場上引起巨大的漲落，當(dāng)艾倫國王登陸時(shí)，東旭光電的股價(jià)立即開始飆升，上漲了40%。數(shù)據(jù)顯示，在過去的20天里，東旭光伏的股價(jià)已經(jīng)上漲了約60%。

在回答這個(gè)問題之前，讓我們先看看石墨烯是什么。2004年，英國曼徹斯特大學(xué)的Andreigam和Konstantin Novocholov將石墨烯與石墨片分離，并獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。石墨烯是由單層碳原子組成的蜂窩晶格二維原子晶體。理論厚度僅為0.34納米。石墨烯具有優(yōu)異的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、阻隔等材料性能。因此，它在電池領(lǐng)域的應(yīng)用被許多人視為材料之王。

英國曼徹斯特大學(xué)的Andreigam和Konstantin Novosholov將石墨烯從石墨板上剝離，并獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

但事實(shí)上，學(xué)術(shù)界對(duì)石墨烯一直有著共同的看法，即石墨烯生產(chǎn)成本過高，技術(shù)不完善，實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用仍然存在很大的困難。

例如，為了獲得具有最佳電性能和機(jī)械性能的石墨烯樣品，我們?nèi)匀恍枰揽孔詈臅r(shí)和最昂貴的方法-機(jī)械剝離法，即使用膠帶粘附石墨，并手動(dòng)分離石墨烯。這就是Novosholov在2004年制造石墨烯的方法。盡管表面上的水平很低，但是對(duì)于所需的設(shè)備和技術(shù)，問題在于成功率較低。可以拿些樣品做研究。如果它是工業(yè)化的，那就沒用了。掌握世界各地的石墨礦沒有商業(yè)價(jià)值。

經(jīng)過這些年的努力，雖然科學(xué)家們找到了一些提高石墨烯產(chǎn)量和降低石墨烯生產(chǎn)成本的方法，但到目前為止還沒有真正適合工業(yè)化低成本大規(guī)模生產(chǎn)的技術(shù)，一些制造商聲稱能夠大量生產(chǎn)100噸石墨烯，而這并不是真正的石墨烯。除了單層石墨烯外，還有兩層、三層或更多層石墨微芯片。

另一方面，通過一些新的生產(chǎn)方法，可以獲得大量單層石墨烯。雖然石墨烯片的中心部分是一個(gè)完美的六元環(huán)，但邊緣部分經(jīng)常被破壞，變成五元環(huán)或七元環(huán)，如果制造出石墨烯產(chǎn)品，這些異常環(huán)不僅分布在石墨烯片的邊緣，而且分布在每一片石墨烯片的內(nèi)部，這就成為結(jié)構(gòu)缺陷。而且容易破碎。

中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院物理研究所研究員高宏軍表示，只有沒有缺陷的石墨烯在實(shí)際應(yīng)用中具有很強(qiáng)的特性，否則，整個(gè)石墨烯產(chǎn)品的強(qiáng)度將大大減弱，事實(shí)上，它太過敏感了。大力推廣石墨烯電池。

北京有色金屬研究所高級(jí)工程師、清華大學(xué)博士劉冠偉對(duì)《北京科技日報(bào)》表示，石墨烯在大多數(shù)產(chǎn)品中起著添加劑的作用，即使現(xiàn)有企業(yè)聲稱有新的石墨烯產(chǎn)品，在電池領(lǐng)域也不例外。

上海交通大學(xué)微納科學(xué)技術(shù)研究所研究員、博士生導(dǎo)師魏良明主要從事新一代高性能鋰離子電池/超級(jí)電容器和傳感器的研究。他說，石墨烯作為一種單一產(chǎn)品，其應(yīng)用還沒有取得突破。在東旭光電公司宣布的世界上第一款石墨烯基鋰離子電池產(chǎn)品中，石墨烯只是導(dǎo)電的，或是嵌鋰復(fù)合材料。

石墨烯電池也被稱為超級(jí)電池。根據(jù)一些科學(xué)家的假設(shè)，他們應(yīng)該是石墨烯材料制成的新型電池，但是由于技術(shù)實(shí)施的困難，目前世界上還沒有太多的進(jìn)展，近年來，中國還沒有從一個(gè)新的系統(tǒng)中開發(fā)出石墨烯電池。目前，主流的想法是用石墨烯來改造現(xiàn)有的鋰離子電池。東旭光電公司引進(jìn)的阿倫之王也是這一理念的產(chǎn)物。

據(jù)專家分析，為了避免外界的批評(píng)和懷疑，東旭光伏并未直接將阿倫王稱為石墨烯電池。市場上流行的概念主要來自資本市場和外部投機(jī)。

雖然東旭光電也公布了一些阿倫王的參數(shù)。但業(yè)內(nèi)人士表示，這些參數(shù)的真實(shí)性有待檢驗(yàn)。中國科學(xué)院物理研究所固態(tài)離子學(xué)研究組組長黃學(xué)杰教授表示，電池的電氣性能主要包括SPE。CIFIC能量、能量密度、充放電比、循環(huán)壽命、日歷壽命、安全性、自放電率、工作溫度范圍等，可根據(jù)不同的應(yīng)用要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，東旭光伏在發(fā)布會(huì)上只提到充放電率、壽命、工作溫度等三個(gè)參數(shù)。通用電氣公司。這種單獨(dú)討論幾個(gè)參數(shù)的方法一般適用于科研論文。如果是產(chǎn)品，必須討論電池性能的所有參數(shù)。

劉冠偉說，由于他們公布的參數(shù)不完整，無法判斷電池的能量密度，目前很難評(píng)估電池的性能。

在一些石墨烯研究者看來，像金艾倫這樣的石墨烯基鋰電池實(shí)際上就像一個(gè)可充電的寶藏，可以提高充電和放電速度，但電池的容量變化不大，沒有取得革命性的突破。

中國科學(xué)院物理研究所固態(tài)離子學(xué)研究組組長黃學(xué)杰教授認(rèn)為，在陰極中加入少量石墨烯可以提高陰極的電子導(dǎo)電率，改善電池的放電速率特性。然而，石墨烯的加入量一般不到1%。不能說含少量石墨烯的鋰離子電池變成了石墨烯電池。

另外，目前的石墨烯電池只加入了一些石墨烯層狀成分，稱為多層石墨烯，理論上單石墨烯的導(dǎo)電性最好，充電時(shí)間短。層數(shù)越多，導(dǎo)電性越差，充電時(shí)間就越長。目前，很少有公司敢說他們用單層石墨烯層制造電池，但更多的公司只使用石墨烯的混合物，或者更確切地說，使用含有少量石墨烯的多層石墨微芯片。

甚至一些嚴(yán)謹(jǐn)?shù)难芯繖C(jī)構(gòu)在發(fā)表權(quán)威論文時(shí)也不敢輕易使用石墨烯電池，2015年12月中旬，中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所的研究團(tuán)隊(duì)在《科學(xué)》雜志上發(fā)表了一篇論文，指出其已經(jīng)開發(fā)出一種高性能的超級(jí)電容器電極材料。一些媒體稱贊這種材料具有優(yōu)良的電化學(xué)儲(chǔ)能特性，可以用作電動(dòng)汽車的超強(qiáng)電池。這種電池最大的亮點(diǎn)是充電7分鐘，行駛35公里，然后石墨烯電池的概念爆炸了。然而，上海硅酸鹽研究所的官方網(wǎng)站提供了以下信息：中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所研究員黃福強(qiáng)由北京大學(xué)和美國賓西法尼亞大學(xué)的F Sciences領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究小組合成了一種新的有序介孔材料，它含有少量的碳層，而《科學(xué)》雜志上的論文沒有提到石墨烯，而是提到了碳材料。

據(jù)了解，黃福強(qiáng)在提交過程中一直使用介孔石墨烯的名稱，最終在發(fā)表時(shí)使用了較少的碳。他們認(rèn)為，外界不適合稱其為超級(jí)電容器電池。事實(shí)上，超級(jí)電容器不是電池，而是介于兩者之間的電化學(xué)儲(chǔ)能裝置。二次電池和傳統(tǒng)的電容器，但現(xiàn)在人們常常混淆電容器和電池的概念。他們把石墨烯或石墨多層微晶片制成的電容器當(dāng)作電池，把國內(nèi)外的超級(jí)電容器當(dāng)作超級(jí)電池。

學(xué)術(shù)界認(rèn)為，熱炒石墨烯電池仍然是一個(gè)偽概念，目前已貼上標(biāo)簽的石墨烯電池并不存在，我國石墨烯動(dòng)力電池領(lǐng)域已有數(shù)十家上市公司。然而，很少有能生產(chǎn)大規(guī)模安裝產(chǎn)品的，即使在世界上，目前也沒有能大規(guī)模生產(chǎn)的石墨烯電池。

在劉冠偉看來，在很多公司炒作的概念遠(yuǎn)比實(shí)際要花哨得多，他甚至說石墨烯納米材料的高比表面積等特性與目前鋰離子電池行業(yè)的技術(shù)體系不相容，因此石墨烯材料的應(yīng)用是非常無望的。

即使是石墨烯超級(jí)電池的出現(xiàn)，人們也相信這幾分鐘的充電功率會(huì)非常高，目前沒有任何電壓設(shè)備或電纜能夠承受這樣的電壓。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全球近300家從事石墨烯研究的公司，包括IBM、英特爾、美國Sundish、陶氏化學(xué)、環(huán)球、杜邦等，其中三星、IBM、東芝、韓國科學(xué)技術(shù)研究院、韓國成軍大學(xué)等企事業(yè)單位和大學(xué)在石墨烯研究領(lǐng)域擁有較高的知名度。然而，大多數(shù)企業(yè)在石墨烯電池領(lǐng)域都沒有布局，相關(guān)專利也非常有限。它們中的大多數(shù)分布在半導(dǎo)體顯示屏等柔性器件領(lǐng)域。

劉冠偉認(rèn)為，在實(shí)驗(yàn)室里制作一個(gè)快速充電的小電池很容易，但要想讓它走出實(shí)驗(yàn)室，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，還需要解決很多問題，比如說充電8分鐘，行駛1000公里，據(jù)國內(nèi)一家新能源公司的技術(shù)負(fù)責(zé)人介紹。汽車公司誰也不愿透露姓名，即使出現(xiàn)這種電池，人們相信，過去幾分鐘的充電功率將如此之高，目前沒有任何電壓設(shè)備或電纜能承受這種電壓。

因此，目前石墨烯在電池中的應(yīng)用主要是與硅相結(jié)合，取代電池負(fù)極中原有的石墨，這樣可以吸收更多的電荷，提高電池的導(dǎo)電性，降低充電和放電的電阻，提高電池的性能，而實(shí)際上，在電池中，石墨烯的應(yīng)用主要是與硅相結(jié)合。在新能源電池領(lǐng)域，所謂的石墨烯電池顛覆性理論一直沒有得到業(yè)界的認(rèn)可，雖然石墨烯在理論上可以作為導(dǎo)電劑，促進(jìn)鋰電池的快速充放電，提高速率性能，但在分散過程中仍難以發(fā)揮其作用。不到位，混合料不均勻。

根據(jù)目前的發(fā)展趨勢，劉冠偉認(rèn)為石墨烯在新型柔性電池、器件、顯示器和催化劑方面有著光明的前景，但在電池方面，他并不樂觀。

即使是石墨烯超級(jí)電池的出現(xiàn)，人們也相信這幾分鐘的充電功率會(huì)非常高，目前沒有任何電壓設(shè)備或電纜能夠承受這樣的電壓。

劉冠偉說石墨烯在鋰電池的應(yīng)用中起著重要作用。一種是導(dǎo)電劑，另一種是可以用作電極的鋰插入材料。事實(shí)上，這兩點(diǎn)與傳統(tǒng)的導(dǎo)電碳/石墨相競爭。所以問題是，你知道導(dǎo)電碳/石墨有多便宜嗎都是以噸為單位賣的。石墨烯的價(jià)格什么時(shí)候能降到這個(gè)價(jià)格目前，用于鋰電池的各種材料，每噸數(shù)萬件或數(shù)十萬件，每天都面臨著降價(jià)的壓力。使用石墨烯是完全不現(xiàn)實(shí)的，這主要是因?yàn)槭┨F了，一克幾千的價(jià)格，這不是一般企業(yè)能負(fù)擔(dān)得起的。幾年前，石墨烯的價(jià)格高達(dá)每克5000元，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于黃金的價(jià)格。此外，即使這樣的電池是制造出來的，消費(fèi)者也不會(huì)對(duì)它產(chǎn)生興趣。我能負(fù)擔(dān)得起。

2016年4月，東旭光電收購上海碳源谷50.5%股權(quán)，成為上海碳源谷的控股股東，公開信息顯示，這是一家專注于石墨烯大規(guī)模制備和應(yīng)用技術(shù)開發(fā)的公司。氧化石墨烯單分子層和石墨烯的制備、分離和純化取得了突破性進(jìn)展。大規(guī)模生產(chǎn)石墨烯產(chǎn)品可大大降低成本。

但即便如此，石墨烯的價(jià)格仍然不低，購買價(jià)格主要取決于你做什么。如果你只需要少量的購買，價(jià)格是600元/克。如果你需要大規(guī)模的購買，價(jià)格可以降到10元。8月7日下午，上海碳源惠顧的魏姓銷售員告訴記者。但是每克10元的價(jià)格仍然缺乏市場競爭力。東旭光電產(chǎn)品雖然石墨烯的原材料供應(yīng)成本可以降低，但不會(huì)去那里。魏姓的銷售人員在接受采訪時(shí)否認(rèn)，他們的實(shí)際成本只有幾元，根本沒有從我們這里分?jǐn)偝鋈ィf，這意味著將來使用石墨烯作為電池材料勢必面臨成本測試。

上海交通大學(xué)微納米科學(xué)技術(shù)研究所研究員、博士生導(dǎo)師魏良明表示，硅作為陽極材料，目前在工業(yè)上更受青睞，一方面硅的理論容量不低于石墨烯，另一方面硅的價(jià)格也不低于石墨烯。比石墨烯低得多。

近年來，一些企業(yè)宣稱實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模生產(chǎn)，石墨烯的價(jià)格甚至降到了每克3-5元。然而，據(jù)業(yè)內(nèi)人士稱，據(jù)稱大規(guī)模生產(chǎn)的石墨烯并不是真正的單層石墨烯，而是大多數(shù)具有高晶格缺陷和多層堆疊的石墨烯微芯片產(chǎn)品，只能保持石墨烯的某些特性。

我國許多企業(yè)之所以加入石墨烯電池的生產(chǎn)，主要是因?yàn)槭┓勰┑膽?yīng)用，目前石墨烯產(chǎn)品的工業(yè)生產(chǎn)有兩個(gè)重要方向：一是石墨烯薄膜，二是石墨烯粉末，石墨烯薄膜的工業(yè)化生產(chǎn)具有很高的起步性。技術(shù)要求高，一般企業(yè)很難介入，但石墨烯粉料的操作空間很大。

因此，石墨烯粉體已成為偽石墨概念和資本投機(jī)的災(zāi)區(qū)。除嚴(yán)格意義上的石墨烯外，還摻入了大量的膨脹石墨和石墨微片，由于石墨微片具有石墨烯的某些特性，將其添加到電池中可以提高電池的某些性能，而不知道這一特性的人則會(huì)對(duì)電池的性能產(chǎn)生影響。石墨烯在起作用。

根據(jù)我國石墨烯工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟的標(biāo)準(zhǔn)，只有10個(gè)原子層以下的石墨粉才可以稱為石墨烯粉，但其概念是一回事，而現(xiàn)實(shí)是另一回事，企業(yè)在原材料中加入石墨烯粉，原子層結(jié)構(gòu)是5層或10層或多層石墨微芯片，如果不使用專業(yè)儀器，外人根本不知道電池中填充了什么，企業(yè)添加的粉末是否為石墨烯還不得而知。

其次，含5-10層石墨粉的比例是90%還是只有10%雜質(zhì)含量是多少什么是合格產(chǎn)品目前還沒有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，企業(yè)只能憑良心生產(chǎn)，最后在應(yīng)用中加入了多少石墨烯粉體來提高性能產(chǎn)品性能提高了多少，90%，50%，或5%這些改進(jìn)中有多少是由于石墨烯這仍然是一個(gè)混亂的帳戶。

由于目前還沒有國家標(biāo)準(zhǔn)，整個(gè)行業(yè)處于混亂狀態(tài)，一些地方政府迫切希望建立石墨烯產(chǎn)業(yè)，刺激投資，這對(duì)推動(dòng)石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展也起到了一定的作用。

最近，一些市場分析人士聲稱，石墨烯產(chǎn)品的完整產(chǎn)業(yè)鏈和高效電池項(xiàng)目已在中國形成。事實(shí)上，我國石墨烯材料正處于從實(shí)驗(yàn)室到工業(yè)化的關(guān)鍵階段。由于生產(chǎn)技術(shù)成熟度低，工業(yè)化應(yīng)用路徑長，石墨烯的批量生產(chǎn)還沒有完全實(shí)現(xiàn)，有人認(rèn)為這一過程還沒有實(shí)現(xiàn)，我們的石墨烯電池已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)是完全了不起的。

因此，一些清醒的業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，現(xiàn)在說石墨烯電池誕生于中國還為時(shí)過早。

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