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石墨烯续航救星 电动汽车的超级电池

EV视界 中字

  电池是电动汽车的心脏。尽管目前国家大力推广电动汽车,但是续航里程短、充电时间长等短板,依旧阻碍着电动汽车大量进入寻常百姓家。如今,越来越多的科研院所和汽车企业正在研发新一代超级电池,以解决动力电池存在的诸多问题。

  被寄予厚望的“新材料之王”石墨烯总是话题不断。前段时间,中科院上海硅酸盐所研究团队研发的石墨烯电池更是引发外界广泛关注。该所研究员黄富强带领的研究团队与北京大学、美国宾夕法尼亚大学合作,合成出一种高性能超级电容器电极材料——氮掺杂有序介孔石墨烯。该材料具有极佳的电化学储能特性,除了超快速充放电,它还可以循环充电5万次以上,有望为电池行业带来革命性变化。该成果发表在美国《科学》杂志上。

  “超级电池”看好石墨烯

  “从电动汽车诞生那一天起,科学家们就一直在探索用各种新材料和新技术,来提高电池的续航里程。”河北大学新能源汽车研究中心王涛博士介绍,电动车有100多年的历史,比燃油车还早半个世纪。

  据了解,电动车的历史可追溯到1834年,那一年苏格兰人罗伯特·安德森制造了第一辆电动汽车,它由一组不可充电的干电池驱动,只能行驶一小段距离。1881年,法国工程师古斯塔夫·特鲁夫发明了以可充电电池——铅酸电池为动力的电动车。19世纪末到20世纪初,电动车进入到发展的黄金时代,法国、英国和美国相继出现电动车制造公司,电动汽车一度占领了40%的汽车市场。然而,20世纪20年代后,内燃机技术不断更新,再加上燃油汽车行驶里程是电动车的3倍,且使用成本低……这种背景下,电动车很快从欧美汽车市场中消失了。

  “铅酸电池体积大、质量重、充电时间长、续航里程较短,再加上电力传动系统的制造成本过高等因素困扰,被市场淘汰也是必然。”王涛表示,20世纪80年代至90年代,日本和美国的一些汽车厂家也生产过一系列电动车,但由于大都采用铅酸电池,很难取得质的突破,最终都是昙花一现。进入新世纪以来,环境污染、能源日渐枯竭等问题不断加剧,电动汽车再次成为各大车企重点关注的对象。而且随着锂离子电池的引入,电动汽车进入又一个飞速发展的黄金时期。“与铅酸电池相比,锂离子电池在续航里程、充电时间、电池寿命等方面,都有了很大的提高,但仍无法达到与燃油汽车相同的性能。”王涛介绍,目前市面上电动汽车,除了售价昂贵的豪华品牌以外,纯电动车所标称的续航里程都在300公里以内。

  目前,越来越多的科研院所和汽车企业正在研发下一代超级电池,力图使电动汽车取得突破性进展。

  “电池含有正负极、隔板和电解质。它们由不同的材料组成,而且不同的材料组合可以让电池贮存不同数量的能量。”王涛表示,电池的升级换代,往往体现在电池材料的更新上。目前,许多研究机构正在试图用新材料研发超级电池,而石墨烯就是其中一种。

  据介绍,石墨烯是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。它是一个网状结构,且具有极限的薄度,电荷在其中可以快速迁移。也正因如此,许多研究者将石墨烯看作是一种比较理想的蓄电池电极材料。

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