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石墨烯電池和鉛酸電池哪個更好

鉅大LARGE  |  點擊量:3837次  |  2020年07月23日  

摘要
石墨烯電池,利用鋰離子在石墨烯表面和電極之間快速大量穿梭運動的特性,開發出的一種新能源電池。美國俄亥俄州的Nanotek儀器公司利用鋰離子在石墨烯表面和電極之間快速大量穿梭運動的特性,開發出一種新的電池。

石墨烯電池,利用鋰離子在石墨烯表面和電極之間快速大量穿梭運動的特性,開發出的一種新能源電池。美國俄亥俄州的Nanotek儀器公司利用鋰離子在石墨烯表面和電極之間快速大量穿梭運動的特性,開發出一種新的電池。


新型石墨烯電池實驗階段的成功,無疑將成為電池產業的一個新的發展點。電池技術是電動汽車大力推廣和發展的最大門檻,而電池產業正處于鉛酸電池和傳統鋰電池發展均遇瓶頸的階段,石墨烯儲能設備的研制成功后,若能批量生產,則將為電池產業乃至電動車產業帶來新的變革。


由于其獨有的特性,石墨烯被稱為“神奇材料”,科學家甚至預言其將“徹底改變21世紀”。曼徹斯特大學副校長ColinBailey教授稱:“石墨烯有可能徹底改變數量龐大的各種應用,從智能手機和超高速寬帶到藥物輸送和計算機芯片?!?/p>


鉛酸電池


鉛酸電池(VRLA),是一種電極主要由鉛及其氧化物制成,電解液是硫酸溶液的蓄電池。鉛酸電池放電狀態下,正極主要成分為二氧化鉛,負極主要成分為鉛;充電狀態下,正負極的主要成分均為硫酸鉛。一個單格鉛酸電池的標稱電壓是2.0V,能放電到1.5V,能充電到2.4V;在應用中,經常用6個單格鉛酸電池串聯起來組成標稱是12V的鉛酸電池,還有24V、36V、48V等。


提起電動車電池,大家耳熟能詳的無外乎這三種電池,鉛酸電池、鋰電池以及近幾年比較火的石墨烯電池。那么,你認為當新國標正式實施后,未來電動車會選擇哪種電池?對于這個問題,我們先來看看每種電池的特點。


鉛酸電池主要由管式正極板、負極板、電解液、隔板、電池槽、電池蓋、極柱、注液蓋等組成。其電極是由鉛和鉛的氧化物構成,電解液是硫酸的水溶液。主要優點是電壓穩定、價格便宜,缺點是比能低、使用壽命相對較短和需要經常維護。不可否認,以目前市場來看,鉛酸電池占據著主導地位。


一般來說,鋰離子電池主要包括正極、負極、隔膜和電解液四個組成部分。正極材料一般都是一些富鋰的層狀化合物,目前常見的商用正極材料主要有鈷酸鋰(LiCoO2)、錳酸鋰(LiMn2O4)、磷酸鐵鋰(LiFePO4)以及三元材料(LiMnxCo1-x-yNiyO2)等。與鉛酸電池相比,鋰電池相對輕巧,攜帶方便,能量密度更高,而壽命相對要長很多,但是價格更貴,穩定性差。


所謂的石墨烯電池,可以理解為我們平時說的黑金電池,其是利用鋰離子在石墨烯表面和電極之間快速大量穿梭運動的特性,開發出的一種新能源電池。作為目前最薄、最堅硬、導電導熱性能最強的一種新型納米材料。同時,石墨烯聚合材料電池的重量僅為傳統電池50%,成本將比鋰電池低77%。從性能來看,全石墨烯鋰電池充電一次,耗時也不超過10分鐘。(一般行業都是直接將電極摻雜的石墨烯的石墨基儲能材料直接統稱為石墨烯電池,并非全石墨烯)


從特點來看,石墨烯電池的綜合性能是最好的,但是為什么沒有成為主導呢?石墨烯在電池上的應用,主要是和硅結合在電池負極里面代替原來的石墨,這樣可以提升電池的整體容量和充電速度,但性能提升效果有限。另一方面雖然目前,很多企業都推出過黑金電池,但是大多在這一領域處于探索的階段,而其價格又相對較高,所以這也是其得不到重大應用的原因之一。另外,石墨烯污染較為嚴重,墨烯生產需要用到大量的硫酸,處理也很麻煩。簡單來說,第一,價格;第二,技術;第三,處理麻煩。


我們再看新國標的出臺,其對電動自行車速度、重量等都有明確的規定,這意味著大型鉛酸電池將逐漸失去市場,而小型鉛酸電池短時間內會迎來一定的發展。但隨著環保整頓的推進,鉛酸電池還會出現向鋰電池過渡的情況,而鋰電車必然會迎來一波爆發期。又有人會說了,石墨烯電池呢?雖然石墨烯電池擁有很多鉛酸電池和鋰電池沒有的優點,但是,其想成為主導,其技術必須得到突破性的發展。因此,我個人更看好小型鉛酸電池和鋰電池在未來新國標電動車上的應用。


與鉛酸電池相比,鋰電池的平均電壓更高,其能量密度高,換言之,同等大小的電池,鋰電池容量更多。另外,鋰電池相對輕巧,攜帶方便,而壽命相對要長很多。此外,鋰電池的高低溫適應性更強,受溫度影響因素較小,且更加綠色環保。


當然,鋰電池也有三個缺點,其安全穩定性相對而言比較差,要是操作不當,很容易發生爆炸的風險。另外,鋰電池不能大電流放電且生產要求條件高,成本更高。


而與鋰電池相比,鉛酸電池的價格相對便宜,大眾更容易接受。此外,鉛酸電池的高倍率放電性能更好。最重要的是鉛酸電池回收價格比鋰電池更高。


不過,鉛酸電池也有自己的缺點,比如重金屬容易造成環境污染;與鋰電池相比,鉛酸電池能量密度更低;而且其使用壽命不及鋰電池。


雖然,鋰電車有很多優勢,但以目前而言,鉛酸電動車為主,其主要的因素是技術的不完善,雖然一些鉛酸巨頭和電動車巨頭都開始研發鋰電產品,但是作為一項新涉足的領域,很多企業目前都在不斷摸索和探索之中,而初期的產品往往可能無法達到成熟的地步。


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