¿Por qué las baterías de grafeno no han sustituido a las de litio como baterías para vehículos eléctricos?
Las baterías de polímero de grafeno combinan miles de luces en una, con las ventajas de una alta energía específica y una velocidad de carga rápida. Este es también el punto débil de los vehículos eléctricos actuales. Por ejemplo, ya en 2015, el Laboratorio Huawei Watt lanzó una tecnología de carga rápida en la 56.ª Conferencia de Baterías de Japón en Japón. Esta batería de grafeno de 3000 mAh puede consumir hasta un 48% de energía en sólo 5 minutos.
Es más, ya en 2014, la Compañía Española de Nano Grafeno cooperó con la Universidad de Córdoba en España para desarrollar la primera batería de polímero de grafeno.
Según ellos, este tipo de batería tiene muchas ventajas:
1. La energía específica de una batería de grafeno supera los 600wh/kg, y la capacidad de almacenamiento es el 3% de la mejor. productos en el mercado en ese momento. Tal rendimiento puede verse aplastado hoy (por ejemplo, la batería de fosfato de hierro y litio de BYD tiene una densidad de energía única de 150 ~ 160 Wh/kg, y el último sistema de batería 21700 de Tesla tiene una densidad de energía de 300 Wh).
2. Una sola autonomía de crucero puede ser de hasta 1.000 kilómetros;
3. Una sola carga completa solo tarda 8 minutos.
4. es el de la hidrogenación tradicional 4 veces mayor que el de las baterías y 2 veces mayor que el de las baterías de litio
5. El peso es solo la mitad que el de las baterías tradicionales
6. que el coste de esta batería es inferior al de las baterías de litio Low 77.
Desde una perspectiva de laboratorio, no dudo mucho de estos datos, porque las baterías de grafeno también se conocen como “armas para ahorrar dinero” o “armas de papel”. Si no lo crees, ve a la universidad y descúbrelo. Es fácil publicar artículos cuando se estudia esto, pero cuando se trata de un uso práctico, es básicamente inútil.
Es sencillo comprobar si se trata de un menosprecio intencionado a las baterías de grafeno. Por ejemplo, ya han pasado cuatro años y los nanómetros de grafeno nunca han vuelto a aparecer en nuestro campo de visión.
Desde la web oficial las últimas novedades son básicamente la participación en encuentros nacionales o la aplicación del grafeno en otros productos (como productos dentales). No ganemos dinero con suministros médicos cuando hay un mercado enorme para los coches eléctricos, o estamos locos o estamos sobreestimando sus productos.
De hecho, en cuanto a la aplicación del grafeno en baterías, se combina principalmente con silicio. La llamada batería de grafeno es esencialmente una batería de litio. Para las baterías de iones de litio, el grafeno, como material de electrodo negativo a base de carbono, no tiene forma de cambiar fundamentalmente la proporción de energía de las baterías de iones de litio.
Reemplazar el grafito original en el electrodo negativo de la batería puede mejorar la capacidad general y la velocidad de carga de la batería, pero el efecto de mejora del rendimiento es limitado y no tan fuerte como se mencionó anteriormente.
Adjunto: La imagen de arriba muestra los resultados de la investigación titulada "Aleación de litio/grafeno autoportante estable al aire como alternativa al ánodo de metal de litio" publicado en Nature Nanotechnology por el profesor Cui Yi de la Universidad de Stanford. Aun así, su rendimiento no es aplastante.
Por supuesto, este no es el principal motivo que dificulta el lanzamiento de las baterías de grafeno. El principal motivo de la dificultad en la producción en masa radica en el interior.
1. Las baterías totalmente de grafeno son muy caras y difíciles de preparar, lo que hace que la producción en masa sea casi imposible. Algunos de los datos sorprendentes publicados ahora provienen básicamente de baterías de grafeno de alta pureza, que solo aparecen en la etapa de concepto o en laboratorios;
2. El papel de las "baterías de grafeno dopado" en las baterías de litio es un agente conductor o electrodo incrustado en material de litio, pero en comparación con el bajo costo del carbono conductor tradicional y el grafito, la mejora del rendimiento aportada por el primero no es suficiente para atraer a los fabricantes;
3. una superficie específica elevada y otras características que son incompatibles con el sistema técnico actual de la industria de las baterías de iones de litio;
4. electrodo negativo de mayor capacidad teórica) y las dificultades del proceso de dispersión limitan su aplicación en baterías de litio.
En resumen, lo primero que hay que tener en cuenta es que las baterías de grafeno son básicamente imposibles de reemplazar a las de litio a corto o medio plazo; aunque las "baterías de litio de grafeno dopadas" tienen ciertas perspectivas de aplicación, no son muy útiles; No basta con cambiar el patrón actual.
Actualmente, los vehículos de nueva energía se han convertido en una tendencia generalizada en todo el mundo, y las políticas en todo el mundo la apoyan firmemente. Además, muchos países incluso han fijado un calendario para la exclusión de la lista de vehículos de combustible tradicional. Se puede decir que en el futuro, los vehículos de nueva energía sustituirán por completo a los vehículos de combustible tradicionales. Entre los vehículos de nueva energía, todos los países han tomado como dirección principal el desarrollo de vehículos puramente eléctricos.
En los vehículos eléctricos, el sistema de tres eléctricos es el núcleo y la batería es el núcleo del núcleo. Como fuente de energía y fuente de energía del vehículo, la batería juega un papel muy importante. En la actualidad, la batería principal para vehículos eléctricos es la batería de litio, que tiene una densidad de energía moderada, una tecnología madura y un costo de fabricación ventajoso. Sin embargo, las baterías de litio también tienen debilidades fatales, como poca seguridad y facilidad de provocar incendios, como una carga lenta, que puede tardar varias horas como máximo;
Además, las baterías de iones de litio tienen una alta resistencia interna. Dado que el electrolito de las baterías de iones de litio es un disolvente orgánico, su conductividad es mucho menor que la de las baterías de níquel-cadmio y las de níquel-hidrógeno, por lo que la impedancia interna de las baterías de iones de litio es aproximadamente 11 veces mayor que la de las baterías de níquel-hidrógeno. baterías de cadmio y baterías de níquel-hidrógeno. Por ejemplo, una sola celda con un diámetro de 18 mm y una longitud de 50 mm tiene una impedancia de aproximadamente 90 mω.
Además, el voltaje de funcionamiento de las baterías de litio varía mucho. Por ejemplo, cuando la batería se descarga al 80% de su capacidad nominal, el voltaje de la batería de níquel-cadmio cambia muy poco (alrededor del 20%) y el voltaje de la batería de iones de litio cambia mucho (alrededor del 40%). Esta es una seria desventaja para los dispositivos que funcionan con baterías, pero dado que el voltaje de descarga de las baterías de iones de litio varía mucho, es fácil detectar la carga restante de la batería.
La batería de grafeno es una batería de nueva energía desarrollada utilizando las características de los iones de litio que se desplazan rápidamente y en grandes cantidades entre la superficie del grafeno y los electrodos. El grafeno no es un concepto nuevo. Muchos expertos y académicos nacionales y extranjeros se han dedicado a ello durante muchos años. Aunque existen algunos fenómenos y resultados experimentales interesantes, solo se encuentran en la etapa de exploración teórica en el laboratorio y existen muchos problemas en su eficiencia de fabricación, procesamiento y aplicación. Por lo tanto, las baterías de grafeno aún no han alcanzado las condiciones para la producción en masa y no pueden reemplazar a las baterías de litio por el momento.
¿Qué es una batería de grafeno?
Primero entendamos qué es una batería de grafeno. Se trata de una batería de nueva energía desarrollada utilizando las características de los iones de litio que se desplazan rápidamente y en grandes cantidades entre la superficie del grafeno y el electrodo.
¿Por qué a las baterías de grafeno se les llama materiales milagrosos?
¿Por qué no sustituir la batería de litio?
Como todos sabemos, las baterías de litio de los vehículos eléctricos son en su mayoría baterías de litio ternarias o baterías de fosfato de hierro y litio. Sin embargo, la escasez de reservas de litio y cobalto en China se ha convertido en un obstáculo para el desarrollo de vehículos eléctricos. Para evitar ser controlados por humanos, es necesario desarrollar baterías de nuevos materiales. El grafeno es una buena dirección debido a sus excelentes propiedades.
Pero ¿por qué las baterías de grafeno no sustituyen ahora a las de litio? Debido a que actualmente las baterías de grafeno son difíciles de superar en muchos aspectos, todavía son productos en el laboratorio.
Por lo tanto, las baterías de grafeno aún no han alcanzado las condiciones para su producción en masa y no pueden reemplazar a las baterías de litio por el momento.
Es poco probable que las baterías de grafeno reemplacen a las baterías de litio en el futuro previsible. Por un lado, la tecnología aún no está madura. Por otra parte, los costes no se pueden reducir. Además, todavía queda mucho trabajo por hacer en muchos aspectos como la seguridad y la estabilidad. Además, incluso si las baterías de grafeno se fabrican y aplican a gran escala, es posible que no puedan aplicarse a vehículos eléctricos para reemplazar las actualmente populares baterías de litio. Las centrales nucleares tienen muchas ventajas, lo que no significa que puedan sustituir a otros tipos de centrales a voluntad. Asimismo, las baterías de grafeno no son necesariamente aptas para vehículos eléctricos. Sólo en escenarios de aplicación adecuados las tecnologías específicas pueden ejercer sus mayores ventajas.
1. Mover las baterías de grafeno del laboratorio al mercado requiere un proceso, pero este proceso aún no ha comenzado. Transformar los resultados de la investigación científica en productos de mercado requiere un proceso, y no todas las tecnologías son adecuadas para un uso comercial a gran escala. En la actualidad, no se sabe * * * cómo es la llamada batería de grafeno.
Creo que el grafeno o los materiales compuestos de grafeno tienen pocas perspectivas de industrialización en el campo de las baterías. Las baterías de litio, ahora ampliamente utilizadas, son difíciles de reemplazar, principalmente debido a su precio extremadamente caro y su complejo proceso de fabricación. Esta pregunta es realmente muy profesional, pero las respuestas que dan muchos expertos en automóviles a continuación no son del todo correctas.
En primer lugar, hablemos del malentendido de este tema. Hay muchos grupos de investigación a mi alrededor que investigan sobre baterías de litio y grafeno. Para responder esta pregunta en detalle, discutí este tema con investigadores en campos relacionados durante el almuerzo de hoy. Ahora déjame responderte esta pregunta en detalle. En primer lugar, permítanme corregir los errores de los expertos en automóviles. No hay diferencia entre las baterías de grafeno dopado y las baterías totalmente de grafeno. La diferencia entre las dos es muy diferente en tecnología y precio. En el campo de la investigación científica, no hay muchos investigadores que trabajen con baterías exclusivamente de grafeno, y no es difícil imaginar por qué. Además de las baterías de iones de litio actualmente de moda, hay muchos ejemplos de uso del grafeno como material de electrodo en materiales de almacenamiento de energía. Por ejemplo, materiales de grafeno (Advanced, Energy Materials, 2017, 1700051. Advanced Materials, 2017, 29, 1605958, etc.), baterías de iones de sodio (Journal of Materials Chemistry, 2017, 3179), etc. Siempre siento que todo el mundo quiere dopar grafeno en algún material para ver su rendimiento. Incluso en la industria, los materiales de almacenamiento de energía a base de grafito dopados con grafeno se denominan directamente baterías de grafeno. De hecho, este título es engañoso porque el grafeno no es el cuerpo principal de los materiales de las baterías.
¿Qué es una batería de litio y cómo funciona? De hecho, de acuerdo con las reglas clásicas de nomenclatura electroquímica, el nombre de la batería recargable debe tener el electrodo positivo en la parte delantera y el electrodo negativo en la parte posterior, por lo que el sistema de batería debe denominarse "batería recargable de óxido de litio y grafito de diamante". . Pero es posible que le resulte demasiado difícil recordar el nombre. Debido a que el proceso de carga y descarga se realiza mediante el movimiento de iones de litio, los japoneses la llaman "batería de iones de litio" para abreviar.
En general, las baterías de iones de litio constan principalmente de cuatro partes: electrodo positivo, electrodo negativo, separador y electrolito. El material del cátodo suele ser algún compuesto estratificado rico en litio. Actualmente, los materiales catódicos comerciales comunes incluyen principalmente óxido de litio y cobalto (LiCoO2), manganato de litio (LiMn2O4), fosfato de litio y hierro (LiFePO4) y materiales ternarios (LiMnxCo1-x-yNiyO2). Los materiales del ánodo son principalmente elementos o compuestos con potencial de inserción de litio, que se pueden dividir aproximadamente en materiales de ánodo de carbono y materiales de ánodo sin carbono. El separador se utiliza principalmente para evitar cortocircuitos causados por el contacto directo entre el ánodo y el cátodo. Generalmente es una membrana porosa de poliolefina de película delgada de alta resistencia no conductora, como PP, PE, PP/PE, PP/PE/PP, etc. Tiene un cierto tamaño de poro y porosidad para asegurar una baja resistencia y una alta conductividad iónica. El electrolito es el portador de los iones de litio que se transfieren entre los electrodos positivo y negativo de la batería. Los electrolitos comúnmente utilizados en soluciones de electrolitos incluyen LiPF6, LiClO4, etc. Los disolventes incluyen principalmente EC, DMC, PC y ClMC.
Cuando se carga una batería de iones de litio, el Li se escapa del compuesto estratificado rico en litio del electrodo positivo, pasa a través del electrolito y queda incrustado en el material del electrodo negativo a través del separador. En este momento, el electrodo negativo pasa a un estado rico en litio, mientras que el electrodo positivo pasa a un estado pobre en litio. Sin embargo, el proceso de alta se invierte. El Li primero escapa del material del electrodo negativo y regresa al electrodo positivo a través del electrolito. En este momento, los electrones fluyen desde el electrodo negativo al electrodo positivo a través del circuito externo, de modo que la carga se conserva durante todo el proceso de carga y descarga. Dado que el Li se puede incrustar y extraer repetidamente en los materiales de los electrodos positivos y negativos, las baterías de litio se pueden reciclar y si se utilizan algunos materiales de electrodos negativos de grafito para reemplazar el litio metálico, se puede evitar la generación de dendritas de litio, mejorando así el rendimiento de seguridad; de baterías de iones de litio. La siguiente es la ecuación de reacción cuando se usa LiFeO4 como material de electrodo positivo de baterías de litio y material de carbono como material de electrodo negativo:
¿Cómo se usa el grafeno en las baterías de iones de litio? El grafeno se ha utilizado ampliamente en diversos campos. El campo de investigación de las baterías de iones de litio no es una excepción. En primer lugar, la capacidad específica teórica del grafeno es mayor que la del grafito y la velocidad de difusión de los iones de litio en él también es más rápida. Sin embargo, cuando el grafeno se utiliza solo como material anódico, la capacidad disminuye rápidamente y el rendimiento del ciclo no es ideal. Por tanto, la mayoría de los investigadores científicos aplican el grafeno a la modificación de materiales de electrodos positivos y negativos, es decir, para preparar materiales compuestos de grafeno como electrodos, por lo que esta es la principal diferencia entre todas las baterías de grafeno y la batería de grafeno que mencioné al principio.
Incluyen principalmente los siguientes tipos: ánodo de carbono a base de grafeno, ánodo de grafeno/silicio, ánodo de grafeno/óxido metálico, ánodo de grafeno/azufre, etc.
Las perspectivas de aplicación de las baterías de litio basadas en grafeno Creo que la burbuja de los materiales de grafeno se ha vuelto demasiado grande ahora. Especialmente en la industria de las baterías, es poco probable que la producción a gran escala entre en la vida de las personas. Las razones principales son las siguientes:
Por lo tanto, las baterías de iones de litio dopadas con grafeno aún no se utilizan ampliamente y sus perspectivas de aplicación. son limitados debido a razones de proceso y costo, y mucho menos una batería totalmente de grafeno.
Las discusiones y comentarios son bienvenidos. Para obtener más conocimientos científicos, continúe siguiéndome. He estado estudiando el grafeno durante muchos años, porque el Parque Industrial de Grafeno está en Changzhou e innumerables investigadores científicos han trabajado día y noche para superar las dificultades. No es que este tipo de batería no se pueda desarrollar y se haya desarrollado con éxito, pero los productos desarrollados deben ser aceptados por el mercado. Para satisfacer la demanda del mercado, el problema es que la tecnología actual no puede satisfacer la demanda del mercado y la cuestión central es el precio. Tú y yo no podemos permitirnos esta batería hasta que encontremos la alternativa más barata. Incluso si la compramos, no es tan rentable como las baterías tradicionales. Entonces ¿quién lo comprará? El hermano Cai Xiao todavía decía lo mismo. La investigación y el desarrollo que no son reconocidos por el mercado y que la gente corriente no puede permitirse son una tontería. No lo promuevas. Si satisface las necesidades de la gente, ¡se promoverá de boca en boca!
A esta pregunta, la respuesta ahora es: el grafeno no puede sustituir a las baterías de litio por el momento, pero podemos esperar que lo haga en el futuro.
Primero, entendamos qué es una batería de grafeno. Es una batería de nueva energía desarrollada utilizando las características de los iones de litio que se desplazan rápidamente y en grandes cantidades entre la superficie del grafeno y el electrodo.
Como nuevo "material mágico" de tecnología negra, las baterías de grafeno tendrán grandes perspectivas de desarrollo en el futuro si pueden proporcionar energía para vehículos de nueva energía. Porque en comparación con las baterías de iones de litio, las baterías de grafeno son ultraligeras, se cargan más rápido y cuestan sólo más del 70% de las baterías de litio.
Así que antes, el concepto de baterías de grafeno ha sido muy popular en el campo de los vehículos de nueva energía. Después de años de investigación y desarrollo en el país y en el extranjero, parece que gradualmente ha pasado de ser un concepto a ser un concepto. La realidad es que muchos fenómenos y resultados experimentales son lo que todos esperan.
Se puede decir que las baterías de grafeno son el material de batería más ideal hasta ahora. Tiene muchas ventajas, que casi pueden compensar las deficiencias de las baterías de litio.
Sin embargo, a estas alturas, el grafeno todavía no puede sustituir a las baterías de litio.
En comparación con la tecnología de grafeno de tecnología negra, las baterías de litio son el tipo de batería principal en el mercado de vehículos de nueva energía. Debido a su densidad de energía relativamente alta y ventajas de costos maduros, son favorecidas por los vehículos de nueva energía globales como. Tesla favorecido por los fabricantes.
La producción de un vehículo de nueva energía debe, en última instancia, entregarse a los consumidores. El coste actual de las baterías de litio es de unos 1.000 yuanes por kilovatio hora. Un vehículo de nueva energía generalmente necesita transportar entre 50 y 70 kilovatios hora de electricidad, y el costo de la batería por sí solo cuesta entre 50.000 y 70.000 yuanes. Además, este coste se ha reducido desde la promoción de vehículos de nuevas energías en 2009.
¿A cuánto asciende el coste del grafeno? En comparación con las baterías de litio, si el costo de la misma batería de grafeno es tan alto como el Monte Tai, el complejo proceso de fabricación del grafeno determina su alto costo. Esto está condenado a mantener el grafeno en el laboratorio.
Aunque la tecnología del grafeno ha logrado algunos resultados y muchos fabricantes también están desarrollando baterías de grafeno en laboratorios, las baterías de grafeno aún no se producen en masa. Por lo tanto, las baterías de litio no se pueden reemplazar por el momento, pero sí se pueden esperar en el futuro.
Como fuente de energía de los vehículos eléctricos, las baterías han sido una propuesta falsa de protección ambiental desde el principio. Las baterías solo pueden existir como vehículos auxiliares.
Razones: 1. En términos generales, una batería es un conjunto lleno de electrones. Usar grafito diluido o litio no hace más que agregar más electrones al conjunto. Los iones de litio pueden transportar más electrones que el grafeno, por lo que la primera dirección es incorrecta.
2.Cuantos más electrones hay, más inestable es. Incluso si hay poco grafito, se viola su capacidad y el resultado es un factor de riesgo adicional. Quizás las explosiones den más miedo que las baterías de litio.
3. Transportar electrones es una habilidad, liberar electrones fácilmente es otro problema. El grafito no libera electrones fácilmente. Ésta es otra dirección equivocada.
Por lo tanto, no es confiable escuchar a otros alardear de haber logrado un avance del 90%, a menos, por supuesto, que el grafito se mezcle con otras sustancias mejores.
En resumen, si el grafito reemplaza a las baterías de litio, es una cuestión de si podrá desarrollarse por sí solo.
Después de que salió nano, fue promocionado por la nanotecnología, después de que salió lo cuántico, fue promocionado por la tecnología cuántica, y después de que salió el grafeno, fue promocionado nuevamente. Los avances en la tecnología siempre se deben a que demasiadas personas no entienden qué es la tecnología, pero la utilizan indiscriminadamente y piden dinero prestado indiscriminadamente. Entonces, ¡las baterías de grafeno son inteligentes!
El estado de la batería en los vehículos eléctricos es equivalente al del corazón humano y es la fuente de energía de todo el vehículo.
En la actualidad, la batería principal para vehículos eléctricos es la batería de litio, y su ventaja en costos de fabricación es relativamente madura. Sin embargo, las baterías de litio también tienen un punto débil muy fatal: la falta de seguridad y el riesgo de incendio. Además, el voltaje de las baterías de litio cambiará mucho durante el funcionamiento, lo que tiene ventajas y desventajas. Realmente es por esta razón que es fácil detectar la energía restante de la batería.
Dado que las baterías de litio tradicionales tienen tantos problemas, ¿por qué no elegir baterías de grafeno? En los últimos años el concepto de baterías de grafeno se ha vuelto muy popular. Como batería de nueva energía, muchos expertos nacionales y extranjeros la están estudiando, por lo que todavía se encuentra en estado de investigación. La comercialización y la producción en masa todavía son relativamente difíciles, por lo que la tecnología del grafeno tardará algún tiempo en reemplazar las baterías de litio.
Cabe mencionar que los empresarios valoran las ganancias por encima de la justicia. Si el mercado de baterías de litio crece, el mercado de reparación de baterías de litio seguirá expandiéndose y una industria dará origen a otra. Debido a esto, muchas personas también han recibido grandes beneficios de la industria de las baterías de litio.
Pero creo que a medida que los vehículos de nueva energía reemplacen a los vehículos de combustible tradicionales, los vehículos eléctricos puros se convertirán en la dirección principal en los vehículos de nueva energía. Las baterías de litio también pueden ser reemplazadas por la tecnología de grafeno, pero esto llevará algún tiempo. . cambios.