开启你的智能生活
首页短分享未来商店ing空间体验+兑换中心品牌馆数据管理English

华为的石墨烯电池,真的是电池技术的突破么?

2017-01-05
5万+83
然而,事实的真相,真的是这样么?
然而,事实的真相,真的是这样么?

在2016年临近尾声的时候,一则新闻算是彻底点燃了国内媒体的神经,“华为在第57届日本电池大会上宣布在锂离子电池领域实现重大研究突破,推出业界首个高温长寿命石墨烯基锂离子电池。”一时间,什么石墨烯商品化,什么国人骄傲等等赞誉纷至沓来,似乎不用华为就是不爱国,也似乎人们一直诟病的手机电池问题马上就要解决了一样。

然而,事实的真相,真的是这样么?

真相.jpg

让我们先来看看石墨烯是什么。石墨烯这种材料,最近几年被炒的风生水起,算是时下最为热门的材料了,没有之一。那么石墨烯究竟是什么呢?先来看看石墨烯的分子结构。

06dfb3eab8fcee2e3e318b73c72be83d.jpeg

石墨烯分子结构

看到这个分子结构图,有一定化学基础的同学是不是觉得眼熟?这不是跟石墨一样么?看看石墨的分子结构吧。

16f526d60e137bafebec84dd68ea8cde.jpg

石墨分子结构

如果说二者的差别,那么就是石墨烯是单层结构,而石墨则是多层复合结构。石墨烯这种材料,其实一直广泛存在于石墨中,用石墨在纸上画一道痕迹,留下的其实可能就是一层或者几层的石墨烯。那么为什么这几年石墨烯突然火热了呢?这就要从石墨烯的结构说起。

在发现石墨烯以前,大多数物理学家认为,热力学涨落不允许任何二维晶体在有限温度下存在。所以,它的发现立即震撼了凝聚体物理学学术界。虽然理论和实验界都认为完美的二维结构无法在非绝对零度稳定存在,但是单层石墨烯在实验中被制备出来。

石墨烯在实验室中是在2004年,当时,英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈·盖姆(Andre Geim)和克斯特亚·诺沃消洛夫(Konstantin Novoselov)发现他们能用一种非常简单的方法得到越来越薄的石墨薄片。他们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,这就是石墨烯。这以后,制备石墨烯的新方法层出不穷,经过5年的发展,人们发现,将石墨烯带入工业化生产的领域已为时不远了。因此,在随后三年内, 安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫在单层和双层石墨烯体系中分别发现了整数量子霍尔效应及常温条件下的量子霍尔效应,他们也因此获得2010年度诺贝尔物理学奖。

明白了么?说白了就是单层的石墨烯本身并不稳定,理论上是不能长时间稳定存在的。石墨烯的存在打破了这样的理论,在这个信息爆炸的时代,一项打破理论的材料注定了其身份的不凡。那么石墨烯材料的优势在哪里呢?

石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料,它几乎是完全透明的,只吸收2.3%的光";导热系数高达5300 W/m·K,高于碳纳米管和金刚石,常温下其电子迁移率*超过15000 cm2/V·s,又比纳米碳管或硅晶体高,而电阻率只约10-6 Ω·cm,比铜或银更低,为目前世上电阻率最小的材料。因为它的电阻率极低,电子迁移的速度极快,因此被期待可用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。

应该说石墨烯具备的各种优异的特性,使得其在各行各业都有广泛的使用空间,这也是这种材料在最近几年里大规模发展的主要原因。据笔者所知,很多行业都在积极的推进石墨烯的使用,但是真正将石墨烯用于突破原有技术瓶颈的,其实并不多,更多的只是为了增加一些产品的噱头而已。那么华为的石墨烯电池是不是这样呢?

想要了解这个,那么先要了解一下锂电池的产品结构。从锂电池的结构入手,了解石墨烯真正的作用,才能知道这是不是电池技术的突破。

c138de9c84fa2a34c4f81d582687c159.jpg

锂电池结构图

这是最为常见的18650型锂电池的内部结构图,对于其他形状的电池,其实结构上大同小异,不过是圆柱压扁就是方的了。由这张图可以看出,锂电池内部主要由正极,负极和隔膜卷绕而成。隔膜负责将正极和负极隔离,中间添加的电解液,则是起到离子传输作用。也就是说,锂电池内部,最为主要的部分就是正极,负极,隔膜和电解液。那么各个部分的主要材料都是什么呢?

正极材料:正极的主要材料是锂离子材料或者聚合物材料,这个不同的电池会有一定的差别。锂离子材料和聚合物材料通常都为粉体,配成浆料后涂覆在柔性导电基体上,这个基体大多数为铝箔。

负极材料:负极的主要材料通常为石墨化材料,其实大部分使用的均为石墨粉体,适当掺杂一些其他成分提高电池的性能。粉体材料同样也需要配置成浆料后涂覆在导电基体上,这里的基体大部分采用的是铜箔。

隔膜材料:隔膜多数为聚烯微多孔膜,常见的如PP,PE等,也有多种材料复合膜。微孔的存在是为了锂离子的运动,正常肉眼是不可见的。

电解液材料:电解液算是锂电池中的重要材料之一,大多数为含有LiPF6的多种有机溶剂的溶液体系。

以上为锂电池的结构和内部主要材料,而从原理上说,锂电池的工作原理则是正极的锂离子析出后,通过电解液穿透隔膜迁移至负极,插入石墨层的间隙中,从而实现储能,而在放电过程中则是反向移动。从以上可以看出,石墨烯在锂电池中最理想的运用就是在负极材料部分。如果能利用掺杂石墨烯,提高负极材料的对锂离子的接受程度,便可以在有限的体积或者重量的基础上得到更高容量的电池,这也是人们普遍对于石墨烯锂电池的期望吧。

而华为的石墨烯锂电池,是不是这样做的呢?

按照华为瓦特实验室首席科学家李阳兴的表述,此次华为新款石墨烯锂离子电池的技术突破来自三方面:在电解液中加入特殊添加剂,除去痕量水,避免电解液高温分解;电池正极选用改性大单晶三元材料,提高材料热稳定性;采用新型材料石墨烯,实现锂离子电池与环境间高效散热。

从以上表述可以看出,华为的石墨烯锂电池,其石墨烯添加后的作用仅仅是为了高效散热!这意味着石墨烯其实并没有作为主要的材料参与到锂电池的整体反应体系中。事实上说,利用石墨烯优良的导热性能,确实可以降低锂离子电池在充放电过程中的发热,甚至对于电池的快充也会有性能上的提高,但并不能有效的提高锂离子电池的容量和其他性能。究其根本,华为的石墨烯锂电池仍然属于锂电池,并不能算是创新型电池技术。说的不好听一点,其实与电池表面贴上一层石墨散热算是异曲同工吧。

那么华为是不是在吹牛,在炒作呢?其实从华为的技术积累来说,对于石墨烯的研究从几年前已经开始。对于这种能将技术实力延伸至上游产业的厂商,其实笔者还是颇为尊重的,毕竟在国内这样的厂商真的是少之又少。笔者查询了一下华为的专利情况,发现其实华为在2013年便有了将石墨烯用于负极材料的专利,虽然目前专利还没授权,但至少这个方向应该是人们期望最高。

QQ截图20170103105536.png

虽然目前的华为石墨烯锂电池有些让人失望,看起来似乎更像是一个噱头,不过在已经到来的2017年,或许华为会给我们带来惊喜也说不定哦!


分享到:
扫一扫手机阅读、分享文本
知其所以然
知其所以然(85)

知之为知之,不知为不知,是知也?

站点导航
©2014-2016 北京奇天大胜网络科技有限公司 ( 京ICP备14037353号-1 )
72变 - 开启你的智能生活
手机注册邮箱注册
验证码
72变注册协议
第三方登录