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8分钟可充满80%电量,车型续航1000公里
作者:管理员    发布于:2021-01-29 08:47:19    文字:【】【】【
摘要:2021年一开年,广汽埃安对外宣布,搭载石墨烯基超级快充电池的新车已经开始批量试制,将于9月份上市,其性能是8分钟可充满80%电量,其续航1000公里。

8分钟可充满80%电量,车型续航1000公里。这是研发电动汽车工程师们的愿景和努力的目标。广汽埃安的宣传语是“搭载石墨烯基超级快充电池”,2021年一开年,广汽埃安对外宣布,搭载石墨烯基超级快充电池的新车已经开始批量试制,将于9月份上市,其性能是8分钟可充满80%电量,其续航1000公里。

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广汽是中国的7大汽车集团之一,而《节能与新能源汽车技术路线图(2.0)》却没有墨烯电池的内容。《节能与新能源汽车技术路线图(2.0)》编制,是不是没有广汽集团的专家参加?

一、锂离子电池工作基本原理

目前汽车动力电池基本上是锂离子。这是下面讨论的基本面,参与讨论,一定要在锂离子电池工作基本原理上面达成共识。

锂离子电池不锂电池。锂电池是一次电池,而锂离子电池是可充电池。动力电池必须是可充电池,锂离子电池是指以锂离子嵌入化合物为正极材料电池的总称。锂离子电池,以含锂的化合物作正极,没有金属锂存在,只有锂离子,以碳素材料为负极。

解读:

锂离子嵌入化合物,比如:磷酸铁锂、锰酸锂。其化合物是盐,锂在化合物里面是离子层级的,不是分子层级的。

动力电池正极是盐(分子层级),负极炭素材料(也是分子层级);

正极与负极往返的锂离子。

锂离子向负极运动,是充电;锂离子向正极运动,是放电。

锂离子电池充放电的基本原理抄录如下:

①充电过程

当对锂离子电池进行充电时,电池正极上有锂离子生成,生成的锂离子,经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构,它有很多微孔,达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中,嵌入的锂离子越多,充电容量越高。

②放电过程

即我们使用电池的过程,嵌在负极碳层中的锂离子脱出,又运动回正极。回正极的锂离子越多,放电容量越高。

基本结论:

①高比能力的电池的基本条件,一是要求充电容量高、二是要求放电容量高。

②三元材料的锂离子密度高于磷酸铁锂。磷酸铁锂电池理论比能量小于150mAh/g,三元材料理论比能量小于250mAh/g。

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③石墨比容量可达到310~360mAh/g,即石墨比容量还有富余的。所以说,

目前动力电池比能量是由正极材料锂离子密度决定的。

二、石墨烯的由来?

1)什么是石墨?

石墨(graphite)是一种矿物名。通常产于变质岩中,是煤或碳质岩石(或沉积物)受到区域变质作用或岩浆侵入作用形成。

石墨是元素碳的一种同素异形体,每个碳原子的周边联结著另外三个碳原子,排列方式呈蜂巢式的多个六边形,每层间有微弱的范德华引力。

每个碳原子均会放出一个电子,电子能够自由移动,石墨属于导电体。

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解读:

①石墨是煤或碳质岩石变质作用或岩浆侵入作用而来。这解释了,石墨来历;

②石墨是元素碳的一种同素异形体。这解释了,石墨是碳元素,石墨是异形体的一种;

③碳原子均会放出一个电子。这解释了,石墨是导电体。

④碳呈层状结构,它有很多微孔。这解释了,石墨可以容纳离子。

2)什么是石墨烯?

石墨烯是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角形,呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。

英国曼彻斯特大学物理学家和康斯坦丁·诺沃肖洛夫,用微机械剥离法,成功从石墨中分离出石墨烯,因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。

解读:

①石墨是自然物质,石墨烯是人工从石墨中分离出来的物质;

②石墨和石墨烯都是碳原子性质的物质;

③石墨分子结构是多层的,呈层状结构,它有很多微孔;石墨烯是单多层,即二维碳纳米材料,它比较少。

三、石墨烯能不能做锂离子动力材料负极?

上面的讨论告诉大家,石墨能作为负极材料,是因为石墨比容量可达到310~360mAh/g。而石墨烯是单层,即二维碳纳米材料,其比能量很低,自然就无法单去做负极材料了。换一句话,如果用石墨烯作动力电池负极,动力电池比能量只有一个结果,其比能量更低。

广汽埃安的宣传语是“搭载石墨烯基超级快充电池”,快充有可能的。其理由是石墨烯材料非常之薄,能把电池的两极的材料分开,让电子非常轻易地穿过去,完成快速充电和放电,一定程度上能够提升电动汽车的充电速度。但是其动力电池比能量很低,不可能有“车型续航1000公里“的效果。

一句话,搭载石墨烯基超级快充电池的纯电动汽车,可以提高充电速度,但是其续航里程会更短。这个结论,从广汽埃安回复院士质疑中,也得到了印证。

四、中国发展新能源汽车受到的质疑,必须正面回应

中国发展新能源汽车是基于三个原因:

①为了中国的能源安全。目前石油对外依存度已经超过70%。发展纯电动汽车,可以充分利用国内新能源(风能、光能及生物能源);

②2030年实现碳达峰,2060年实现碳中和。发展纯电动汽车可以减少汽车尾气排放,是节能减排的重要措施;

③发展新能源汽车(纯电动汽车),可以实现从汽车大国到汽车强国的目标。

中国2020年新能源汽车已经实现产销规模136万辆,保有量已经达500万辆,其中95%以上纯电动汽车。中国发展新能源汽车已经20年,已经取得较大成绩,为后续的发展,铺垫坚实的基础。但是受到的质疑从来没有中断过,目前纯电动汽车的不足,也是客观的。

①纯电动乘用车整备质量对标燃油汽车,超过1000公斤以上,什么概念?一天运营里程500公里,要多耗费多少能源?

②充电时间是以小时为单位,对运营车辆,尤其是纯电动出租车、纯电动物流车,对标燃油汽车加油时间3到5分钟,要耗费多少有效的运营时间?于是换电模式呼声是越来越高。

③电动汽车发展快10年,全气候天气下其续航里程,基本上在300公里左右,即使特斯拉的磷酸铁锂电动汽车,冬天实际上也只有240公里,对标燃油汽车1000公里,于是要求发展混合动力汽车,从来没有中断过。

③低温天气,启动十分困难,电池衰减太多,对标燃油汽车,电动汽车还是处于幼儿期,还有培育和扶持。

一句话,目前纯电动汽车,受到的质疑,必须正面回应。目前的状况必须改变。否则,纯电动汽车的发展会像过去一样,再一次回到低谷。

五、8分钟可充满80%电量,续航1000公里,一定会实现

目前的电池就是锂离子电池,正极是磷酸铁锂或者三元或者高电压镍锰酸锂,负极是石墨,电解质是可燃的液体电解质。能量密度到了300Wh/kg,已经到了液态锂离子电池的一个极限,还容易引起安全忧虑。

接下来,必须发展固态电池或者说逐渐要过渡到全固态锂电池。固态锂电池的负极材料可以是纳米硅和石墨的复合负极,正极可以是高电压锰酸锂,也可以是富锂锰基材料或者是不含锂的正极材料,电解质是固体电解质,它的能量密度可以300—450 Wh/kg。

在特斯拉最近的电池日之后,埃隆·马斯克宣布了一款更大的无表4680电池,它具有更大的能量密度,更容易制造,更低的成本。

锂空气电池的最大理论比能可达3460 Wh/kg,几乎是锂离子电池的10倍。

纳米技术的电池,采用了“100%硅纳米线”的阳极可以达到500 Wh/kg。与锂离子电池相比,锂硫电池是一种能量密度大大提高的新兴技术。这种化学的理论最大比能是2567 Wh/kg,而锂离子的最大比能是350 Wh/kg。

双碳电池。两个碳电极和一种无毒的电解质,能够比传统的锂离子提取更多的能量,充电速度是传统锂离子的20倍,这些锂离子变体可能成为电动汽车的未来。

笔者认为,有这些高新电池技术带来的灵感,还有产业资本对科研的助力,3-5年内,动力电池技术一定会有新的突破,中国电动汽车8分钟可充满80%电量,续航1000公里,一定会实现。


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