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不绝于耳的石墨烯和锂空气 “新”电池技术
添加日期:2017/1/17 11:38:48 来源:汽车工程系 浏览次数:3166次
 

猴年岁末,时间已经进入了2017年。动力电池技术相比前两年,似乎“亮点”要少的多。各种电池技术的“突破”也未汹涌袭来。“石墨烯电池”除了华为的新闻外,也没有什么太新的报道。也许到了总结一下的时候了。我不再想一一点评各种技术了,只是想说说对各类新技术总的看法。
  当华为这个名字,与石墨烯和电池同时出现时,可能就不由人不联想到,石墨烯电池终于问世了。各种媒体上诸如“华为开启石墨烯时代”这类的标题党比比皆是,随便转发,阅读量就有10W+。但是如果看看华为发布的视频,可以清晰地看出,石墨烯只是用在了电池散热上,而与电极材料没什么关系。


石墨烯这个话题,我想多说几句。曾经看过一篇文章,文章称我国已成为世界石墨烯头号研发和产业化强国。截止20168月份,我国从事石墨烯研发、生产和应用的企业超过400家,占全球石墨烯企业的四分之三,技术专利方面,石墨烯专利申请占全球的三分之一。说实话,看到这个数字,我也很骄傲。是不是中国在石墨烯技术上真的逆袭了呢?
  
专利虽多,学术论文也不少,但是这些专利和论文,被引用的次数极低,说明这些专利在质量上普遍不高。因此,在石墨烯这个领域上,我们仍没有逃脱大而不强的命运。作为一个人口大国,基数大,做大并不难,但是做强,就需要努力了。


再说石墨烯这种材料,不论是力学性质,热学性质,光学性质还是电导率,石墨烯的性能都出类拔萃。如果评价石墨烯为“材料之王”,我觉得也不能说错误。可石墨烯虽然有“王者的风范”,也有“王者的尊贵”。制造难度大,成本也非常高。如果某个企业,能生产出个把公斤,可能已经是个很大的数字了。而某些公司,动辄几百吨的产量,就有点扯了。什么氧化石墨烯,石墨烯微片,石墨烯粉末,我觉得充其量只能算是改性的石墨。因为石墨烯是个很“石墨烯”的材料,单层性质很强,但是落个三五层,那些神奇的性质就退化的不少了,如果落个十几层,基本也就是石墨了,成本也就从1克几千块变成几块钱了。而且石墨烯由于是纳米材料,纳米材料对人身体多是有害的。石墨烯对人身体的毒性,目前已经明确了。所以这也注定不会有什么“石墨烯袜子”这样的神奇产品。
  所以石墨烯虽是“材料之王”,但是绝对不是万能材料。成本和工艺上,都会让应用非常受限。所以笔者认为,真正的石墨烯电池,是不存在的。但是掺杂石墨烯的锂离子电池也许可能被生产出来。但是动力电池成本如此敏感的今天,嚷嚷着用石墨烯提高身价,又有几个会真正应用这种材料呢。

  以上,就是我对石墨烯技术的总结,不局限于电池技术。帮助大家在看到石墨烯的新技术时,做一个判断。

  作为电池技术的从业者,说实话,不论是什么:“充电几分钟,行驶1000公里”,“还是什么能量密度提升多少倍”,除了少数媒体的误读和添油加醋外,我相信都并非空穴来风。

  比如说锂空气电池。这种电池的概念在1976年被提出,这种电池,理论能量密度超过3000Wh/kg,钴酸锂电池理论能量密度的十倍。而成本,每度电的费用,只有锂电池的四分之一。


锂空气电池到底如何。首先说到空气,就必须要加催化剂,这点可以参考燃料电池。谈到催化剂,就有贵金属和普通催化剂之分。贵金属催化剂自然会让应用受限,而普通催化剂,又很难长寿命的使用。即使用贵金属催化剂,充放电的可能性能上,还有进一步研究的必要。同时,由于正极可以使用来自于空气中的氧气,如果电解液从负极渗漏到正极,很可能让电解液直接泄漏到环境当中。相反,如果正极的空气中的氧气或者二氧化碳进入负极,也会和锂发生反应,轻则电池失效,重则有安全危险。所以这些有突破的技术,距离应用,还很远,只是实验室的原型性技术。


综上所述,从锂空气电池技术,再看看那些层出不穷的新技术。这些往往是来自于实验室,可能是某一实验环境下特定的实验结果,也可能是根据某些实验数据的演算,甚至只是估计或者假设。这就是我对这类报道的综合判断。可能会比较武断,但是到目前为止,仍未有漏网之鱼。虽然这只是科学与技术的差别,虽然科技两词联用显得亲密无间,但是不论是科学与技术之间,还是技术与产品之间,都存在着一道鸿沟。从科学原理到一个实验室的样机,并不难,我管此时的样机叫原理型样机,如果这种电池能验证原理,科学家和博士们就会很开心的发表论文了,如果这种原理型电池样机还有比较好的功率表现,那么基本上就可以“放卫星”了。但是这个原理型样机到真正的产品,可能要走上十年甚至二十年的路。可能有人会说,有些电池已经经历了好几十年了,但是这几十年中,这种电池的状态,可能只是停滞。所以,从科学到技术,再从技术到产品,这两道鸿沟,要迈过去,并不那么容易。


  对于新技术,新标题党,笔者认为大可以这种态度来看,它只代表一种可能。

  
锂电池是现在的主流技术,不论是电动汽车合适储能市场,锂电池的势头都很劲。燃料电池,随着丰田的推广,也逐渐被人们认识。国家也有相关的政策,可是对电池的能量密度及各种指标开始规定。准入门槛提高了,必然会挡住牛鬼蛇神,但是如果因此而形成了垄断,也会对技术创新起到阻碍的作用。因为笔者认为,锂电池对于新能源汽车,只是“过度技术”。虽然这种唱衰锂电池的论调一直就有,但是到现在,市场上让没有哪种新技术,可以大规模的替代锂电池。如果国家的政策优势,都给了有实力的锂电池企业,他们会不会“自毁长城”,致力于下一代电池技术的开发呢?


   燃料电池技术相当古老,在我之前写得文章中,不止一次阐述了我对这种技术的观点。相比当前的锂电池,燃料电池更像是一种未来技术。所谓未来技术,起码有两层意思,第一,当前不方便大规模推广,第二,未来有成为主流技术的潜质。所以对于燃料电池技术,我觉得它在日本小范围的去发展和推广,没什么问题,但是如果全世界范围内去发展,我们仍需要去等。


对于现有技术,我觉得不妨设定一个小目标,实现了再说下一步。而对于下一代电池技术,到底是什么?估计没有人答得出来。不论谁说是什么,都是一家之言,除了引起口舌之争,估计也不会产生什么有价值的东西。但是我相信,老技术加上新需求会有新应用,新应用会催生老技术所达不到的新需求。需求和技术交织在一起,自然会有水到渠成之时。这便是新电池技术诞生最可能的契机。如果燃料电池的催化剂技术发展了,自然也就会带动前文提到的锂空气电池的进步。而燃料电池如果普及了,那么适用于锂空气电池的空气压缩机也许很容易就能买得到。同样,全钒液流电池发展了,锌溴液流电池也会跟着受到业内的关注。但当需求不明确的时候,补贴是来助推的还是搅局的呢?
  这就是我对2016-2017年的总结,希望2017年,电池技术能更加精彩。

 

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