劉忠范：石墨烯難當(dāng)汽車電池“救世主”
石墨烯從材料領(lǐng)域橫空出世成為街知巷聞的新聞熱詞，源自它與新能源汽車的聯(lián)系。炙手可熱的新能源汽車發(fā)展到今天，高歌猛進(jìn)的態(tài)勢(shì)被電池扼住了喉嚨，行業(yè)想要擺脫“窒息”之痛的急切，從石墨烯的躥紅速度可見(jiàn)一二。
連篇累牘的報(bào)道捧紅了石墨烯，也炙熱了新能源汽車關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)想要突破束縛繼續(xù)擴(kuò)張的心，但是石墨烯是否能夠擔(dān)當(dāng)解開(kāi)動(dòng)力電池束縛的“救世主”？
記者采訪了中國(guó)科學(xué)院院士、北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院教授、北京石墨烯研究院院長(zhǎng)劉忠范，希望從他那里對(duì)石墨烯有一個(gè)更客觀的了解。
有所幫助但離顛覆還遠(yuǎn)
石墨烯“爆紅”是近兩年的事兒，但實(shí)際上類似的研究和嘗試已經(jīng)開(kāi)展了很長(zhǎng)時(shí)間。
劉忠范對(duì)于石墨烯在汽車電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展持保留看法。
“石墨烯在國(guó)內(nèi)嘗試最多的就是加在鋰離子電池里面做導(dǎo)電添加劑。石墨烯的導(dǎo)電性好，放進(jìn)去會(huì)一定程度上提高電池的導(dǎo)電性，降低內(nèi)阻，電池的性能會(huì)有所提升。”劉忠范表示，做這些嘗試的人很多，但是由于石墨烯本身來(lái)源、制備方法等方面的原因，做出來(lái)的產(chǎn)品并不穩(wěn)定。
鋰離子電池用石墨烯來(lái)做導(dǎo)電添加劑，劉忠范通俗的解釋為，像炒菜放味精一樣，加上之后導(dǎo)電性變好，內(nèi)阻降低，電池性能就會(huì)有所提升。
此外，他補(bǔ)充道，在石墨烯之前，碳材料家族里的碳納米管就已經(jīng)有20多年的研究歷史了，比石墨烯還要早十幾年。“在那個(gè)時(shí)候碳納米管加進(jìn)去也能起到類似的作用，而且現(xiàn)在也有人把石墨烯和碳納米管一起加進(jìn)去，所以從某種意義上來(lái)說(shuō)，這一類的碳材料加進(jìn)去都有效果，但是效果有限。”
劉忠范認(rèn)為，石墨烯可能對(duì)汽車動(dòng)力電池性能提升有所幫助，但是將會(huì)為動(dòng)力電池行業(yè)帶來(lái)顛覆性的變化這個(gè)說(shuō)法不合適。
石墨烯的應(yīng)用效果還有待商榷
電池技術(shù)短時(shí)間內(nèi)難以突破被認(rèn)為是電動(dòng)汽車發(fā)展的瓶頸，目前最受行業(yè)期待的電池突破，一是充電效率的提高，二是能量密度提高。
石墨烯究竟能在哪方面發(fā)揮作用？對(duì)此，劉忠范也給出了他的解釋。
“這兩方面的作用都有人提，但我認(rèn)為石墨烯在實(shí)際應(yīng)用上的作用還有待商榷。”劉忠范說(shuō)，石墨烯導(dǎo)電性好是優(yōu)點(diǎn)，但是它并非沒(méi)有缺點(diǎn)，例如，它的表面積比較大。“也就是說(shuō)，石墨烯雖然導(dǎo)電性好，加到電池里面會(huì)讓鋰離子更活躍，從而提高充電效率。但是，石墨烯加的少作用不明顯，加的多又非常占空間不利于應(yīng)用到汽車上。”
他強(qiáng)調(diào)，石墨烯在電池的應(yīng)用中，不僅要考慮重量能量密度，還要考慮體積能量密度，所以，石墨烯電池離成熟應(yīng)用還很遠(yuǎn)，還有很多問(wèn)題要考慮和平衡。
“是不是加上之后充電一定變得特別快？我是不太認(rèn)可這個(gè)說(shuō)法的。汽車電池里面加上一點(diǎn)點(diǎn)石墨烯，它能起到多大的作用？如果加的量多，還會(huì)有別的問(wèn)題出現(xiàn)。加的多了之后，電池的體積會(huì)增大，而汽車電池最好應(yīng)該是體積越小儲(chǔ)能越多越好，所以多加和少加都伴隨別的問(wèn)題出現(xiàn)。”劉忠范說(shuō)，石墨烯開(kāi)始時(shí)髦起來(lái)有十二三年時(shí)間，最開(kāi)始就有人研究石墨烯在電池上的應(yīng)用，但是到現(xiàn)在大家還在爭(zhēng)論，這就說(shuō)明石墨烯在電池方面應(yīng)用待解決的問(wèn)題還很多。
所以，劉忠范并不認(rèn)為短時(shí)間內(nèi)，石墨烯能夠在汽車電池領(lǐng)域有很大突破。雖然態(tài)度并不樂(lè)觀，但是他并不否認(rèn)石墨烯也是動(dòng)力電池未來(lái)發(fā)展的一個(gè)值得嘗試的方向。
系統(tǒng)的多向努力可行性更高
對(duì)于解決電動(dòng)汽車的續(xù)航里程問(wèn)題，劉忠范認(rèn)為，不能把希望只寄托在電池材料的突破上，電動(dòng)汽車的發(fā)展是系統(tǒng)問(wèn)題，系統(tǒng)問(wèn)題應(yīng)該從多方面系統(tǒng)化地解決。
劉忠范認(rèn)為，提高電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程，未來(lái)努力的方向可以有兩個(gè)，“一是降低整車重量，比如重量減半，原先一噸現(xiàn)在半噸，那么需要的能量就會(huì)少一半；與此同時(shí)，電池的能量密度再提高一倍，兩方面往一起湊，這樣我認(rèn)為是可行的。但是如果單純從電池方面努力，把現(xiàn)有的汽車裝上電池，就要求它跑500公里甚至更多，單靠提高電池能量密度達(dá)到續(xù)航500公里以上，我認(rèn)為這是不現(xiàn)實(shí)的。”
電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池也是一個(gè)需要系統(tǒng)解決的問(wèn)題，劉忠范說(shuō)，“動(dòng)力電池的性能與材料有關(guān)，與結(jié)構(gòu)也有關(guān)系，還與充電樁的配置有關(guān)系。只有這些相關(guān)聯(lián)的問(wèn)題都解決好了，才能保證整體性能的提升，材料的改進(jìn)只是其中的一個(gè)方面而已。”
特斯拉的成功就是范例。“特斯拉續(xù)航里程高，但是實(shí)際上它也沒(méi)有應(yīng)用什么具有突破性意義的材料或者技術(shù)，之所以續(xù)航里程高是因?yàn)殡姵毓芾碜龅煤谩！眲⒅曳杜e了個(gè)最簡(jiǎn)單的例子，“就好比同是一個(gè)班的人干活，指揮水平、組織水平高效率自然高；指揮能力差，大家行動(dòng)都不一致，效率肯定差。電池的管理也一樣，電池管理策略做得好，那么，同樣級(jí)別的電池發(fā)揮的效應(yīng)肯定更好。特斯拉成功就成功在電池管理做得好，而這恰恰是國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)欠缺的。”
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