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(wèn)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(lèi)電池技術(shù)，那正好今天就展開(kāi)講講對(duì)鋁離子電池的開(kāi)展應(yīng)用前景做一個(gè)簡(jiǎn)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(wàn)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(méi)有說(shuō)：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(chē)這兩個(gè)電池zui為重要的范疇中想要應(yīng)用根本是沒(méi)有希望的——空間十分有限，必需充沛應(yīng)用。而手機(jī)和汽車(chē)同樣都在追求長(zhǎng)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(chē)范疇上用，根本也只能對(duì)準(zhǔn)混合動(dòng)力汽車(chē)了，而且插混都有點(diǎn)懸，手機(jī)則更難有希望。
2）更大的問(wèn)題在于全文都沒(méi)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(lèi)鋰電池的1/3。由于該文作者并沒(méi)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?gòu)?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(wèn)題，特別是在挪動(dòng)儲(chǔ)能用處中（手機(jī)、汽車(chē)）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(méi)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(qián)能做下來(lái)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(lái)說(shuō)無(wú)從知曉，方才也說(shuō)到了假如本錢(qián)可以做下來(lái)可能也會(huì)有一定的潛力。不過(guò)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?gòu)?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(lèi)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(guò)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(wèn)：為什么二次處置石墨烯時(shí)不能降低溫度？答案簡(jiǎn)單：石墨烯假如是走的氧化復(fù)原道路，材料構(gòu)造圓滿(mǎn)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(wèn)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(kāi)展前景的技術(shù)。但是關(guān)于鋁離子電池來(lái)說(shuō)，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(qián)高等一系列的問(wèn)題，這極大的加大了鋁離子電池的本錢(qián)。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(lái)說(shuō)，相比于如今常見(jiàn)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(lái)）降低電池本錢(qián)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(lái)說(shuō)，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(mǎn)電么？
實(shí)踐上這一類(lèi)文章的槽點(diǎn)是共性的：假如真的要1s充滿(mǎn)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(mǎn)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(lái)的開(kāi)展中可以在能量密度、本錢(qián)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(mǎn) 能量密度 石墨烯 電解液
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