在科技日新月异的年代，动力电池的一系列短板正在被新技术所补足。
近日，有报道称，澳大利亚莫纳什大学的研究人员通过创造一种新的碳材料，在石墨烯应用技术开发方面取得了新的突破。基于这一成果，或将使动力电池的短板进一步减少，从而提升动力电池的性能。
新材料带来新希望
当前，在材料科学与能源技术飞速发展的新形势下，澳大利亚的科研界在石墨烯领域取得的这一令人瞩目的成果，为动力电池的创新带来了曙光。
而且，令人振奋的是，据报道，布里斯班的石墨烯制造公司也传来捷报，他们开发出的石墨烯铝离子电池，与当前广泛应用的顶级锂离子电池相比，充电速度快了60倍之多，原本锂离子电池快充需要1小时才能充满电的动力电池，如今可能在短短1分钟左右就能完成充电，大大节省了用户的时间成本。
据澳大利亚媒体报道称，通过采用单价为2078美元/吨的铝金属，替代单价为13000美元/吨的锂金属（当地价格），成功地提升了电池的功率密度，达到了7kW/kg。在电池单元充电时，铝离子会返回负极，并与3个电子进行交换，铝离子与3个电子交换技术以及使用尿素作为离子液是技术创新的关键，从而替代了锂离子。研究人员更是为新款铝离子电池精心选择了成本较低的异金属材料。通过钻孔技术，铝原子能够嵌入石墨烯中，进一步增加了能量密度。
尽管尚未实现大规模产业化应用，但石墨烯铝离子电池能够为电动汽车提供更持久、更稳定的能量输出，已在研究界有一定共识。一旦应用，电动车的续航焦虑问题或许将得到更多缓解。而且，这款电池无需冷却系统，这不仅简化了电池结构，还能减轻电池重量达20%，因为传统锂电池为了应对充放电过程中产生的热量，需要配备复杂的冷却组件，而石墨烯铝离子电池则巧妙地避开了这一难题。
补短板的新型利器
很多人都知道，传统锂离子电池已在电动汽车中广泛应用，但随着科技的发展和人们需求的提高，其性能瓶颈也日益凸显，主要包括，一是快充速度慢：普通锂离子电池在快充时，锂离子的嵌入和脱出速度受限，容易在电极表面形成锂枝晶，不仅降低电池寿命，还存在一定安全隐患，导致充电时间长，无法满足快速补能的需求，对冷却的依赖也较强。二是续航里程短。锂离子电池能量密度不足使得电池储存的电量有限，特别是在电动汽车中，续航里程难以满足长距离出行的要求，成为制约电动汽车普及的关键因素之一。三是高温稳定性差，在高温环境下，锂离子电池内部的化学反应加剧，电解液分解、电极材料结构变化等问题频发，导致电池容量快速衰减，性能大幅下降。四是循环寿命低。经过多次充放电循环后，锂离子电池的容量会逐渐降低，达到一定程度后电池就无法满足正常使用需求，需要更换，增加了使用成本。
而石墨烯，作为一种由单层碳原子组成的二维材料，自被发现以来，就凭借其独特的物理性质，成为解决上述动力电池性能瓶颈的关键材料。它的导电性超高，电子在其中的迁移速率极快，接近光速的1/300，这使得电池在充放电过程中，电子能够快速传输，大大提高了充电速度和电池的功率密度。而且，现在已经出现的不仅有石墨烯锂离子电池，也有石墨烯铝离子电池。在石墨烯锂离子电池中，能够提供更多的活性位点，有利于锂离子的存储和传输，从而提高电池的能量密度和充放电效率。此外，石墨烯的力学强度是钢铁的200倍，能够增强电池电极材料的结构稳定性，延长电池的循环寿命。它还具有优异的导热性，能够快速将电池内部产生的热量散发出去，有效解决电池在高温环境下的稳定性问题。
不过，世间万物，“尺有所长、寸有所短”，尽管石墨烯在提升动力电池性能方面潜力巨大，但目前商业化应用大多还处于辅助阶段，即通过在传统锂离子电池的电极材料中添加石墨烯，来改善电池的部分性能，如提高充放电速度、增加电池容量等。而真正的全石墨烯电极电池，由于在制备工艺、成本控制等方面还存在诸多难题，尚未实现大规模商业化生产。
或将改写行业格局
如今，在电动汽车领域，石墨烯动力电池呈现研发加速、逐步走向应用的趋势，而且多种类的石墨烯电池，正在渐渐改变着电动汽车的性能和人们的出行体验。
据报道，西班牙Graphenano公司与科尔瓦多大学合作研发的石墨烯聚合材料电池，储电量是目前市场上锂离子电池产品的三倍之多，其应用于纯电动汽车，续航里程可达1000公里。而令人惊叹的是，其电量充满时间竟不到8分钟。这一突破，无疑为电动车行业带来了革命性的变革。有专业人士认为，如果这一类型的动力电池能够实现大规模商业化应用，将进一步提升电动汽车的市场竞争力，让长途出行变得更加轻松便捷。
目前，高质量的单层石墨烯主要通过化学气相沉积（CVD）设备来制备。这种制备方式就像是在微观世界里精心雕琢一件艺术品，需要极高的技术精度和复杂的工艺。CVD设备通过将气态的碳源在高温和催化剂的作用下分解，碳原子在基底表面逐层沉积，从而形成高质量的石墨烯。然而，这种制备方法受限于设备腔体尺寸和连续生产技术，难以满足大规模生产的需求；而连续生产技术的不成熟，使得生产过程难以持续高效进行，导致产量极为有限，成本更是堪称高昂，甚至达到2000元/克，这一价格远远无法适应电动汽车所需的商业化的需要。而且。由于缺乏统一的技术标准和规范，导致市场上已经出现的石墨烯电池产品性能参差不齐，对于石墨烯动力电池的商业化进程带来了一些质疑。
面向未来，各国几乎都在对石墨烯电池的开发方面开展了竞争。对于消费者而言，使用石墨烯电池的电动汽车，将更加安全可靠，减少了因电池安全问题带来的担忧。即使在低温环境下，石墨烯电池的容量衰减也较小，能够保持较好的充放电性能，确保电动汽车在寒冷的冬季续驶里程也能相对更好。随着一系列技术、工艺问题的解决，以及行业标准、规范的健全与完善，石墨烯电池将助力电动汽车实现更加安全、高效，让电动汽车消费者实现从“续航焦虑”到“快充自由”和“即充即走”，真正走进新能源汽车的美好出行生活。
来源：中国汽车报
