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刘忠范:石墨烯难当汽..

刘忠范:石墨烯难当汽车电池“救世主”
2019-02-20

石墨烯从材料领域横空出世成为街知巷闻的新闻热词,源自它与新能源汽车的联系。炙手可热的新能源汽车发展到今天,高歌猛进的态势被电池扼住了喉咙,行业想要摆脱“窒息”之痛的急切,从石墨烯的蹿红速度可见一二。

连篇累牍的报道捧红了石墨烯,也炙热了新能源汽车关联产业想要突破束缚继续扩张的心,但是石墨烯是否能够担当解开动力电池束缚的“救世主”?

记者采访了中国科学院院士、北京大学化学与分子工程学院教授、北京石墨烯研究院院长刘忠范,希望从他那里对石墨烯有一个更客观的了解。

▲刘忠范

有所帮助但离颠覆还远

石墨烯“爆红”是近两年的事儿,但实际上类似的研究和尝试已经开展了很长时间。

刘忠范对于石墨烯在汽车电池产业的发展持保留看法。

“石墨烯在国内尝试最多的就是加在锂离子电池里面做导电添加剂。石墨烯的导电性好,放进去会一定程度上提高电池的导电性,降低内阻,电池的性能会有所提升。”刘忠范表示,做这些尝试的人很多,但是由于石墨烯本身来源、制备方法等方面的原因,做出来的产品并不稳定。

锂离子电池用石墨烯来做导电添加剂,刘忠范通俗的解释为,像炒菜放味精一样,加上之后导电性变好,内阻降低,电池性能就会有所提升。

此外,他补充道,在石墨烯之前,碳材料家族里的碳纳米管就已经有20多年的研究历史了,比石墨烯还要早十几年。“在那个时候碳纳米管加进去也能起到类似的作用,而且现在也有人把石墨烯和碳纳米管一起加进去,所以从某种意义上来说,这一类的碳材料加进去都有效果,但是效果有限。”

刘忠范认为,石墨烯可能对汽车动力电池性能提升有所帮助,但是将会为动力电池行业带来颠覆性的变化这个说法不合适。

石墨烯的应用效果还有待商榷

电池技术短时间内难以突破被认为是电动汽车发展的瓶颈,目前最受行业期待的电池突破,一是充电效率的提高,二是能量密度提高。

石墨烯究竟能在哪方面发挥作用?对此,刘忠范也给出了他的解释。

“这两方面的作用都有人提,但我认为石墨烯在实际应用上的作用还有待商榷。”刘忠范说,石墨烯导电性好是优点,但是它并非没有缺点,例如,它的表面积比较大。“也就是说,石墨烯虽然导电性好,加到电池里面会让锂离子更活跃,从而提高充电效率。但是,石墨烯加的少作用不明显,加的多又非常占空间不利于应用到汽车上。”

他强调,石墨烯在电池的应用中,不仅要考虑重量能量密度,还要考虑体积能量密度,所以,石墨烯电池离成熟应用还很远,还有很多问题要考虑和平衡。

“是不是加上之后充电一定变得特别快?我是不太认可这个说法的。汽车电池里面加上一点点石墨烯,它能起到多大的作用?如果加的量多,还会有别的问题出现。加的多了之后,电池的体积会增大,而汽车电池最好应该是体积越小储能越多越好,所以多加和少加都伴随别的问题出现。”刘忠范说,石墨烯开始时髦起来有十二三年时间,最开始就有人研究石墨烯在电池上的应用,但是到现在大家还在争论,这就说明石墨烯在电池方面应用待解决的问题还很多。

所以,刘忠范并不认为短时间内,石墨烯能够在汽车电池领域有很大突破。虽然态度并不乐观,但是他并不否认石墨烯也是动力电池未来发展的一个值得尝试的方向。

系统的多向努力可行性更高

对于解决电动汽车的续航里程问题,刘忠范认为,不能把希望只寄托在电池材料的突破上,电动汽车的发展是系统问题,系统问题应该从多方面系统化地解决。

刘忠范认为,提高电动汽车续航里程,未来努力的方向可以有两个,“一是降低整车重量,比如重量减半,原先一吨现在半吨,那么需要的能量就会少一半;与此同时,电池的能量密度再提高一倍,两方面往一起凑,这样我认为是可行的。但是如果单纯从电池方面努力,把现有的汽车装上电池,就要求它跑500公里甚至更多,单靠提高电池能量密度达到续航500公里以上,我认为这是不现实的。”

电动汽车的动力电池也是一个需要系统解决的问题,刘忠范说,“动力电池的性能与材料有关,与结构也有关系,还与充电桩的配置有关系。只有这些相关联的问题都解决好了,才能保证整体性能的提升,材料的改进只是其中的一个方面而已。”

特斯拉的成功就是范例。“特斯拉续航里程高,但是实际上它也没有应用什么具有突破性意义的材料或者技术,之所以续航里程高是因为电池管理做得好。”刘忠范举了个最简单的例子,“就好比同是一个班的人干活,指挥水平、组织水平高效率自然高;指挥能力差,大家行动都不一致,效率肯定差。电池的管理也一样,电池管理策略做得好,那么,同样级别的电池发挥的效应肯定更好。特斯拉成功就成功在电池管理做得好,而这恰恰是国内电动汽车产业欠缺的。”



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