鉅大LARGE | 點擊量：3063次 | 2021年04月25日
石墨烯與超級電容器，誰是未來電池的技術主宰？
一、石墨烯電池：奇跡還是虛幻？
大凡稍微關注新科技的人都會了解石墨烯是何物，也會了解這種材料被賦予了多高的期望。
而自打索尼公司1991年發明鋰離子電池至今，鋰離子電池技術幾乎就像一條平直的線，波瀾有之，幅度不足。這個瓶頸梗在這里已近15年，視摩爾定律如無物，無半分松動的意思。
然后在2004年的一天，石墨烯誕生，并助兩位科學家獲得諾貝爾獎。在接下來的日子里，各種炒作鋪天蓋地，其中最吸引人的莫過于石墨烯電池的概念。
石墨烯電池是指在利用鋰離子在石墨烯表面和電極之間快速大量穿梭運動的特性，開發出的一種新型的電池。那這種電池到底是帶來新時代的奇跡，還是曇花一現的虛幻呢？
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
石墨烯電池長這樣啊？
萬能材料要破解續航焦慮
石墨烯被稱為萬能材料，在各大科技領域都具有不可小覷的潛力。那在日益煩躁的電池界，石墨烯電池是怎么埋下希望種子的呢？
首先我們來了解一下石墨烯電池的魔力。石墨烯電池的能量密度高達600Wh/kg，這是前陣子鬧得紛紛揚揚的比亞迪磷酸鐵錳鋰離子電池(未證實)能量密度的4倍。換句話說，一輛電動汽車假如想達到設定的動力蓄電池組總能量，配備石墨烯電池的重量只需普通動力鋰電池的八分之一即可(石墨烯電池本身的重量僅為傳統電池的一半)，這樣可以減少車身的重量，抑或是新增電池重量，藉此達到擺脫續航焦慮的目的。
除了能量密度這個最大的優勢，石墨烯電池還有其它殺手锏。它的使用壽命是普通鋰離子電池的兩倍，制造成本則比之降低了77%。
而真正讓這種魔性電池成為國際焦點的則是特斯拉汽車公司。去年年末，特斯拉公布了兩年前停產的第一代車型Roadster的升級版，其續航里程高達644公里，原版Roadster的續航里程僅為393公里)，消息一出，滿座皆驚。
巨大進步背后必有重大改變。特斯拉升級版Roadster的超長續航引起了人們強烈的好奇，人們紛紛猜測是不是采用了高能量密度的石墨烯電池？但特斯拉官方對外之宣稱升級版Roadster采用了改進的鋰離子電池，有關石墨烯電池的話題三緘其口。
石墨烯結構
充電5分鐘跑1000公里只是假新聞？
另一個讓石墨烯電池備受關注的是西班牙Graphenano公司。該公司同西班牙科爾瓦多大學合作研究出世界首例石墨烯聚合材料電池，并通過實驗對外宣稱使用石墨烯電池作為動力的電動汽車最多能行駛1000公里，而其充電時間連8分鐘都不用！
這個消息當時震驚了全球的電動汽車行業，如此彪悍的性能，難道世界要翻開新的篇章了嗎？冷靜下來想想，充電不到8分鐘即可充滿，那要多強的電流呢？我們以日產聆風做例子來計算一下，1度電大約能跑5公里，換算成1000公里則需耗電20kWh，以8分鐘充滿計算，即每小時需充電150kWh，這相當于電池在高壓情況(500V)下要300A的電流。能夠承受300A電流的電線，想想都覺得瘆的慌。
西方媒體曾報道稱，這款超級電池將于2015年第一季度生產上市使用，但如今第二季度已結束，我們仍未看到此神物的出現。結合國內專家普遍的觀點：西班牙的超級電池只是一條假新聞。而目前推出的石墨烯電池說來有點心酸，石墨烯在鋰離子電池的應用只有百分之零點幾的添加劑，沒有一家公司能真正有產品推出來。
二、寄望石墨烯還不如期待超級電容器
超級電容器比超級電池靠譜多了？
什么是超級電容呢？超級電容是一種儲能用的電化學元件，與傳統電容器有異，與電池更是相去甚遠。它又叫雙電層電容器，具有許多優點：功率密度高、充放電時間短、循環壽命長、工作溫度范圍寬、充放電線路簡單、安全可靠等。
下面我們來仔細看看它和鋰離子電池之間的差別。
(1)功率密度高，可達300W/kg~5000W/kg，這相當于鋰離子電池的2~30倍；
(2)充放電時間短，充電10秒～10分鐘可達到其額定容量的95%以上；
(2)循環使用壽命長，深度充放電可循環使用次數超過50萬次，這是普通鋰離子電池的500倍，即假如對超級電容每天充放電20次，仍可持續使用68年。究其原因，其在儲能的過程中不發生化學反應，儲能過程是可逆的，所以超級電容器可以反復充放電數十萬次；
(4)工作溫度范圍寬，超低溫特性好，溫度范圍寬-40℃～+70℃，這是嬌生慣養的鋰離子電池無法適應的；
(5)充放電線路簡單，無需充電電池那樣的充電電路；
(6)安全系數高，長期使用免維護，不會出現爆炸和著火等問題。
這樣的優點比之石墨烯超級電池也是不遑多讓，且目前已有超級電容公交車亮過相，自是比后者又多了一層現實的質感。在新能源汽車界，人們對超級電容器抱以極大的期待。
超級電容器結構圖
缺點無法忽視但現實讓人振奮
說了這么多，全是超級電容器的優點。但好比一個硬幣有兩面，超級電容器也有著無法忽視的缺點。
超級電容器的安裝位置有講究，不合理的話很容易引起電解質泄露等問題，破壞電容器的結構性能；雖說超級電容器的充放電電路簡單，但僅限于直流電路的使用，其內阻比較大，不適合交流電路的運行要求；然后由于超級電容器是新一代高科技產品，價格相對較高，充電一次只夠電動汽車行駛幾公里，每千瓦時的蓄能產品價格卻是電池的近10倍，實際運行的成本投入會很大。這幾個問題是超級電容器在電動汽車應用上難以大量推廣、單獨使用的瓶頸。
你能想象出一輛公交車跑一個站然后就要充電一次的情形嗎？這種情況下，我們要在公交車沿線設立許多充電裝置(幸好超級電容充電快，乘客上下車時間就可以把電充好)。
在2010年的上海世博會也進行了試驗運行。湖南長沙的中上汽車在超級電容開發上已經達到新的高度，目前作為示范應用的容量能達到15萬法拉，這種超級電容的公共車輛一次最長可以行駛20公里左右，充電時間僅需3分鐘左右就可充好。
在第六屆國際電池工業展覽會上，上海奧威科技開發有限公司也展示了一款新型超級電容，能量密度較普通超級電容提高了50%以上，而在功率上略有降低，更適合搭載在公交車上，使原本要頻繁充電的超級電容公交車可以一次性跑20公里。
這樣看來，超級電容器比石墨烯電池更像續航焦慮的破局者。
超級電容器長這樣啊？
三、市場分析與展望
目前，超級電容器已經作為儲能部件被應用，其使用效果顯著，但重要發揮的還是配角用途。因為在短時間內，超級電容器有其局限性，除電動公交外，它還不能作為普遍、獨立的車用儲能電源。
在今年五月份財政部等多部委正式公布的《有關完善城市公交車成品油價格補助政策加快新能源汽車推廣應用的通知》規定可獲悉，10米以上鋰電公交車每輛每年最多補8萬元，而同樣的超級電容公交車每輛每年僅補助2萬元，以每輛車運營8年計算，一輛車就有48萬元的補貼差距。國家似乎一直都認為超級電容器的研發是另類的。但超級電容車只是剛剛起步，一切自有市場的選擇做決定，國家補助倒是其次的。
與超級電容不相同，石墨烯獲得了國家極大的重視，也有很多機構在研究這種二維材料。但這些研究顯然是零散的，國家要做的就是將它們全部劃分然后整合。這樣，2015年量產石墨烯倒成了期待，這關于超級電池也是一個好消息，我們且期待2015剩余的半年。
