2016年4月11日 星期一
石墨烯電池大規模商用的時間近了嗎?
石墨烯電池大規模商用的時間近了嗎?
華為 Mate 8 發表會開始前,微博上就出現了這樣一條預告——華為 Mate 8 將使用石墨烯電池。緊接著「石墨烯電池已經研發成功,並且已經商用化應用在華為 Mate 8 智慧手機上了」的消息,在網路上不脛而走——在 Mate 8 發表前釋放半真半假的消息,以猶抱琵琶半遮面的形式使華為 Mate 8 手機也隨著石墨烯電池消息的傳播而備受關注。
然而,我們都知道,事實上 Mate 8 並沒有採用石墨烯電池(原因下文會提到),但是這也給了我一個聊一聊石墨烯電池的機會。
石墨烯電池並非顛覆性革命
所謂石墨烯電池並非整個電池都用石墨烯材料製作,而是在電池的電極使用石墨烯材料。
石墨是目前鋰離子電池中最常用的負極材料,充電時,Li 嵌入到石墨層間形成插層化合物,Li 完全嵌入時,每個石墨層都嵌入一層 Li,對應化合物 LiC6,理論比容量為 372mAh/g。當每片單層石墨都以雜亂無章的方式排列,則在單層石墨的兩側表面都可以結合 Li,理論比容量提高了一倍,即 744mAh/g。由於石墨烯的缺陷位、片層邊緣及石墨烯堆積形成的微孔結構都可以儲存 Li。因此,在理論上石墨烯電極可能有超過石墨兩倍的比容量。
如果將石墨烯和 SnO2,Mn3O4,CuO 等電導率比較低的正極、負極奈米材料進行複合,如 Li4Ti5O12、TiO2、LiFePO4 等,就能提高鋰離子電池的迴圈性能。中科院金屬研究所在 PNAS 發表論文,將正極材料 LiFePO4 和負極材料 Li4Ti5O12 分別與石墨烯複合,製備了 LiFePO4- 石墨烯 / Li4Ti5O12- 石墨烯為電極的具有高充放電速率的柔性鋰離子電池,石墨烯做為鋰離子及電子的通路,同時發揮導電添加劑和集流體的作用。
▲ 複合電極材料結構圖。
另外,如果將石墨烯和炭黑混合後做為導電添加劑加入鋰電池,可以有效降低電池內阻,提升電池倍率充放電性能和迴圈壽命,而且電池的彎折對充放電性能沒有影響。
因此,電極採用石墨烯材料後,使電池具備高充放電速率是石墨烯電池具備快速充電的原因,相對於華為、高通、步步高透過大電流密度下充放電實現快速充電的做法,採用石墨烯電極材料實現快速充電並不會像前者那樣削減電池壽命。因為石墨烯電池中的儲能物質依舊是鋰離子,所以石墨烯電池並非像網路流傳的那樣是對鋰電池的顛覆。
那麼,Mate 8 說採用石墨烯電池是怎麼回事?
Mate 8 並未採用石墨烯電池
在市場壓力之下,華為的轉型做得徹底,也最有效率——透過線上搶購、建立粉絲團等手法,使華為的網路關注度不斷提升,「花粉」在網路上更是形成了不亞於「米粉」的傳播能力,華為歷次新品發表中都少不了花粉和網路行銷公司的身影——在正反兩方的爭論中吸引流量和人氣,使華為獲得日常無法企及的關注度。
本次微博上流傳出華為 Mate 8 將使用石墨烯電池的消息,就是華為典型的網路行銷案例——透過自媒體的虛假消息成功使 Mate 8 還未發表就獲得非常大的輿論關注度。
而最好的證據就是華為和曼徹斯特大學關於石墨烯技術的合作著眼於通信領域,而非石墨烯電池。而餘承東在兩個多小時的發表會上對石墨烯電池隻字不提,更證明了 Mate 8 並沒有採用石墨烯技術,否則以餘承東以往的言行,自然不會放過這麼好的行銷點。
華為快充技術的廬山真面目
既然華為 Mate 8 並沒有採用石墨烯技術,發表會上的快速充電又是怎麼回事呢?
雷鋒網配圖
據相關資訊了解到,華為 Mate 8 採用的是改良的聚合物技術,電芯源自 Sony 和 ATL,封裝是飛毛腿和欣旺達,快速充電晶片購買自德州儀器,充電協定是華為自家的。在解釋華為快速充電技術前,先介紹高通和步步高的快速充電技術。
早先的鋰電池,大電流密度下充放電對電池壽命損失很大。近年來,雖然鋰電池的能量密度提升有限,但在相同壽命的情況下,大電流密度下充電提升了不少。
高通的 Quick Charge 充電採用調整充電器的輸出電壓,使之獲得設備允許的安全最高充電電壓,在保護充電設備的前提下節省充電時間。
比如原來用的電壓和電流為 5V、1A/2A,但高通 QC 快速充電用電壓和電流為 9V、2A/12V 、1.67A,因為功率變大了,充電速度自然變快了。
而步步高的 VOOC 快速則是採用加大電流的辦法,雖然電壓依舊是 5V,但電流提升到 5A,功率提升後充電自然變快。
華為的做法和高通類似,電壓和電流分別採用 9V、2A,而 Mate 8 快速充電的奧妙就在於此。相對於步步高的 VOOC,高通的 QC 和華為的快速充電具有成本更低的優勢,因 micro USB 只能夠承受 2A 的電流,所以充電介面和主機板線路都要進行改造,還使用了並聯電池,成本會因此有所提升。
相對於提升電壓或電流的做法,石墨烯電池的快速充電就更有技術美感。
石墨烯電池離大規模商用尚需時日
石墨烯電池技術前景到底如何還是值得商榷的——墨西科技已經將石墨烯的製造成本從每克 5,000 元降至每克不足 3 元,並開發出石墨烯導電漿料和導電添加劑等用於鋰電池和超級電容器的產品,而且使用石墨烯電池的手機早已問世。
今年上市的一款名為「開拓者 α」的手機,就採用由中國科學院重慶綠色智慧技術研究院和中國科學院寧波材料技術與工程研究所開發的石墨烯觸控式螢幕、電池和導熱膜等新材料,手機觸控螢幕不偏色不泛黃,色彩真實、純淨,通透性也比傳統螢幕好,手機充電速率提高了 40%,電池壽命延長了 50%,電池的能量密度也增加 10%。
▲ 採用石墨烯技術的手機。
從中可以看出,採用石墨烯材料的電極雖然大幅提升了電池壽命和電池充電速度,但因石墨烯材料本身具有的高比表面積等性質,與現在的鋰離子電池工業的技術體系無法相容,能量密度並沒有實現理論上的翻倍,僅僅提升了 10%。
在採用石墨烯技術後,「開拓者 α」手機的價格更是「感人」,以至於毫無性價比可言——採用 5.5 英吋 1080p 螢幕,搭載驍龍 64 位元四核心處理器,內建 2GB RAM+16GB ROM 儲存組合,前置 500 萬 + 後置 800 萬畫素鏡頭,支援中國移動 4G 網路——雖然石墨烯原材料的製造成本不高,但技術應用的成本著實不低,以至於開拓者 α 相當於千元機的配置,售價卻高達 2,499 元人民幣。
因此,雖然石墨烯電池的能量密度在理論上能得到大幅提升,但以現今的技術水準,實際應用中能量密度提升非常有限。網路上流傳的關於「石墨烯電池充電 10 分鐘跑 1,000 公里;採用石墨烯電極的新型電池的比功率為 100kW/kg,比商業鋰離子電池高 100 倍。」以當今的技術水準而言,這些神乎其技的描述還只能存在於理論上,其噱頭意義遠大於實用價值。這些說法在網路上能夠廣為流傳,更多的是一些企業以石墨烯為噱頭進行炒作提升股價或是從事資本運作,而中國真正從事石墨烯行業的和科研機構目前大多處於巨額投資的燒錢過程中,還遠遠未到技術成熟到可以大規模商業應用的階段。
結語
從現今石墨烯技術的實際應用來看,採用石墨烯材料的電極確實能提升鋰電池的充放電速率和鋰電池的壽命,但對大幅提升電池的能量密度還力有未逮。而相對較高的成本和相對有限的性能提升,會使搭載石墨烯電池的手機缺乏市場競爭力。因此,以現階段的技術水準來看,除非整機製造商良心發現,手機普遍採用石墨烯電池尚需時日。
訂閱:
張貼留言 (Atom)
-
毒牛奶都合法了,還奮鬥個屁啊! 查來查去還不一樣,這下三聚奶粉可高興了! 衛生部稱:三聚氰胺不是食品原料,也不是食品添加劑,禁止人為添加到食品中。對在食品中人為添加三聚氰胺的,依法追究法律責任。三聚氰胺作為化工原料,可用於塑料、塗料、粘合劑、食品包裝材料的生產。但是資料表明,三聚...
-
南京十朝歷史文化園 - 中華民國 (1912~1949) 姜朝鳳宗族部落格 南京紫禁山中山陵旁邊,設立一個免費的景點叫<南京十朝歷史文化園>。那裡豎立十根柱子,每根柱子代表一個建都南京的朝代清楚的刻著建國及亡國的時間。 第一根柱子刻著是東吳(公元229~280)。第二根...
-
大雁氣功“前六十四式 1、起式 身體直立,兩腳平行分開與肩同寬。頭微上頂,肩放鬆,兩臂自然垂於體側。掌心內向,五指自然分開,微屈。口微閉,舌輕舔上齶,眼平視前方全身自然放鬆。 2、展翅 兩臂由體側緩緩前舉,手心相對。向兩側分展。身體向後彎曲,仰...
-
「都更釘子戶」背後的關鍵奧秘 5分鐘包您看懂士林王家-林文苑都更案懶人包 (圖/文:台灣都市更新受害者聯盟‧歡迎自由轉載) 為了守護一個家、一片地和一種樸實生活方式,士林的王家人,從平凡的中產家庭,一步一步變成媒體口中要價兩億的「貪婪釘子戶」、變成了阻礙城市進步的「...
-
弟兄姐妹,主內平安!最近,這一條信息在微信蔓延傳播,在弟兄姐妹中造成很大影響。彼此代禱、為病人禱告,這本是好的。可是,我們也要學會分辨,不是所有的代禱信息都是正確、符合聖經的。
-
溫馨提示: 我們致力於為您的生活提供健康參考,但並不能替代醫生之診斷治療,如您身體不適請及時就醫,在醫生指導下進行治療,以免耽誤病情。 1.雞蛋治咳嗽四法 1).醋煎雞蛋治咳嗽 醋煎雞蛋治療各種咳嗽有奇效。做法是:取雞蛋1個,打在碗裏攪勻,米醋半勺放入炒鍋,用文火燒...
-
一、充電時不要操作手機 邊充電邊玩手機,電池的電壓就達不到控制電壓,電池就會一直處於一個大電流的充電狀態,電池的溫度,就會不斷升高,達到一定程度就會發生爆炸。 二、不要使用雜牌的電池和充電器 原配的好!對手機來說也是這樣。使用原裝電池和充電器是保證安全最重要的一項。 三、盡量...
-
隨著科技進步,大陸擁有全球最多的工業機器人,如今服務型機器人也「上崗」,不但能夠遞送百貨、陪伴老人、提供法律建議,或是念佛經、打羽毛球,甚至加入教育者行列,機器人在大陸民眾生活已無所不在。 在北京郊區一家幼兒園裡,孩子們正咯咯笑著,開心的解答「新助教」分配的測試題。這位...
-
石墨烯又一新應用:讓太陽能板能利用雨水發電 該如何提升太陽能板發電量始終是科學家們致力研究的方向,近幾年來太陽能發電的技術進展,幾乎都是在於如何提升太陽能板的轉換效率。然而,一群中國科學家轉向一個全然不同的方向,努力克服太陽能發電的自然天敵——雨天,開發出一種即使在雨天也能利...
-
日經新聞 10 日報導,鴻海轉投資的夏普(Sharp)計劃在 2018 年度內(2019 年 3 月底前)推出使用於物聯網(IoT)領域的新型太陽能電池。夏普所將推出的新型產品為「染料敏化太陽能電池(Dye Sensitized Solar Cell,DSSC)」,其最大特徵就...
方便性、能量密度、安全性、應用場景等各方面表現都更優異的奈米液流電池最終能打敗鋰電池嗎?
當莫妮卡開著她的電動車前往母親家時,車上的電池指示器顯示需要重新充電。她在一個充電站停下來,在加油站刷了信用卡,把噴嘴插入車內,並在5分鐘內將400升用過的奈米液體換成新的。在她等待的過程中,一輛油罐車開過來為充電站補充燃料,交換數萬升充滿電的燃料。莫妮卡關上她的電動車的加油...
沒有留言:
張貼留言