前一陣子,浙江大學(xué)高超教師團(tuán)隊(duì)做出了優(yōu) 秀的工作,即應(yīng)用石墨烯做正極的高倍率性能、高循環(huán)壽命的鋁離子電池,兼具柔性功用。工作發(fā)表在了期刊《SCIENCE ADVANCES》上。
一經(jīng)推出,就得到了業(yè)內(nèi)普遍的關(guān)注和討論。有不少朋友都在訊問該技術(shù)關(guān)于電池產(chǎn)業(yè)界的影響,大家十分關(guān)懷該類電池技術(shù),那正好今天就展開講講對(duì)鋁離子電池的開展應(yīng)用前景做一個(gè)簡單的剖析瞻望。
(圖1:鋁離子電池)
1、鋁離子電池——能量密度能有幾?
該工作的創(chuàng)新點(diǎn)在于,做了一種新型構(gòu)造的3高3連續(xù)(3H3C)石墨烯膜正極,其具有高質(zhì)量,取向性和部分通道,這樣能夠保證電子、離子傳導(dǎo)以及足夠的活性物質(zhì)質(zhì)量。該正極容量在1.1s充電時(shí)的容量為120mAh/g,25萬次循環(huán)后容量保證率為91.7%,在上下溫下工作性能出色,而且具有柔性。
不難看出,該石墨烯-
鋁金屬的鋁離子電池的上下溫、柔性、倍率性能很優(yōu) 秀,這當(dāng)然很大水平利益于制備的石墨烯電極。但是摘要是一個(gè)突出亮點(diǎn)的中央,突出的成果都會(huì)在這里反響,可是在這里電池的幾個(gè)重要的參數(shù)都沒有說:比方體積能量密度、質(zhì)量能量密度。
1)體積能量密度低的話,手機(jī)和汽車這兩個(gè)電池zui為重要的范疇中想要應(yīng)用根本是沒有希望的——空間十分有限,必需充沛應(yīng)用。而手機(jī)和汽車同樣都在追求長續(xù)航,此時(shí)必需請(qǐng)求高的能量密度。
首先,66Wh/kg依然是鋁離子電池典型能量密度范圍值40——65Wh/kg,這個(gè)數(shù)據(jù)比鋰離子電池要低很多:磷酸鐵鋰100+Wh/kg,三元的接近200Wh/kg。以鋁離子電池這樣的能量密度在手機(jī)和汽車范疇上用,根本也只能對(duì)準(zhǔn)混合動(dòng)力汽車了,而且插混都有點(diǎn)懸,手機(jī)則更難有希望。
2)更大的問題在于全文都沒有提及體積能量密度相關(guān)數(shù)據(jù),思索到該電池質(zhì)量能量密度不高,運(yùn)用的材料偏膨松(石墨烯等),其體積能量密度可能也很難到達(dá)三元類鋰電池的1/3。由于該文作者并沒有提到這方面的數(shù)據(jù),因而筆者也只能基于已有數(shù)據(jù)和常識(shí)停止推斷:體積能量密度數(shù)據(jù)很可能很難看。
在這里再強(qiáng)調(diào)一下體積能量密度的意義:假如造的電池不重,但是體積好大,攜帶裝載也會(huì)有很大的問題,特別是在挪動(dòng)儲(chǔ)能用處中(手機(jī)、汽車)難以適用。而關(guān)于體積請(qǐng)求不太嚴(yán)厲的固定式儲(chǔ)能,體積龐大的儲(chǔ)能方式可能會(huì)更適宜,比方液流電池就是典型代表。
實(shí)踐上,目前鋁離子電池體系很難找到適宜的正極材料,釩系化合物的容量和電壓都不美觀,石墨烯也只能是從矮子里撥將軍,而電解液(只能用離子液體)等方面的限制也使得鋁離子電池能量密度沒有打破的跡象,因而目前的能量密度性能極大的限制了該技術(shù)的更普遍應(yīng)用的可能性。
(圖2:鋁離子電池)
2.成本剖析
綜合以上兩方面性能作者報(bào)出的數(shù)據(jù),以及剖析能夠看出該電池可能更合適功率型場(chǎng)所,關(guān)于現(xiàn)有鋰離子電池的取代潛力不是太大,對(duì)電容的要挾倒是不小,假如本錢能做下來也能夠去跟能量密度差不多的鉛酸做競(jìng)爭(zhēng)。
體積能量密度從目前來說無從知曉,方才也說到了假如本錢可以做下來可能也會(huì)有一定的潛力。不過該體系用了幾個(gè)材料:石墨烯、離子液體、鋁金屬。
石墨烯正極的原料為氧化石墨烯GO,將其涂成定向膜后再復(fù)原,zui后再在2850℃條件下處置才干得到終需求的材料,與消費(fèi)石墨需求的處置溫度類似。因而該工藝道路運(yùn)用的石墨原料-石墨烯電極制備相當(dāng)于要經(jīng)過兩次2850℃的處置,這肯定會(huì)增加關(guān)于爐體的請(qǐng)求、耗能方面的需求。
有人可能會(huì)問:為什么二次處置石墨烯時(shí)不能降低溫度?答案簡單:石墨烯假如是走的氧化復(fù)原道路,材料構(gòu)造圓滿水平會(huì)受氧化影響遭受毀壞,溫和的復(fù)原條件是缺乏以處理問題的,需求高溫才干使其有效回復(fù);而假如運(yùn)用石墨烯用的是其它辦法,比方CVD、機(jī)械剝離,制備的材料的質(zhì)量會(huì)很高,可能不用高溫處置,但是這些辦法的量產(chǎn)才能常常十分受限。兩難之處就在于此。
另外離子液體確實(shí)也是比擬重要的有開展前景的技術(shù)。但是關(guān)于鋁離子電池來說,目前其技術(shù)似乎極端依托離子液體,其目前存在粘度大、本錢高等一系列的問題,這極大的加大了鋁離子電池的本錢。當(dāng)然了,假以時(shí)日,在科研界和工業(yè)界的共同努力下,以后離子液體確實(shí)有很大的進(jìn)步空間,應(yīng)用前景值得期許。
因而總體來說,相比于如今常見的電池體系:鋰電池、鉛酸運(yùn)用的材料都曾經(jīng)比擬常規(guī),能夠做到穩(wěn)定的量產(chǎn),這關(guān)于(特別是近年來)降低電池本錢起到了相當(dāng)大的支撐作用。但是關(guān)于鋁離子電池體系來說,原料產(chǎn)業(yè)化、經(jīng)濟(jì)適用化的工作,還有相當(dāng)多的工作要做。
3.你真的敢1.1s給電池充滿電么?
實(shí)踐上這一類文章的槽點(diǎn)是共性的:假如真的要1s充滿電,關(guān)于一個(gè)很小容量的實(shí)驗(yàn)室量級(jí)的電池自然是能夠。而假如是手機(jī)電池呢?按10Wh一塊1s充滿的話,充電功率是36kW,大家回想下本人初中物理學(xué)習(xí)到的計(jì)算發(fā)熱量的焦耳定律,以及看看本人家電表,然后好好揣摩一下能否可行。
總結(jié)
鋁離子電池技術(shù)確實(shí)有本人的特征,但是缺陷也很明顯。希望其在將來的開展中可以在能量密度、本錢降落潛力方面完成打破,從而加速其適用化進(jìn)程。
本文標(biāo)簽:鋁離子電池 1秒充滿 能量密度 石墨烯 電解液