新兴产业技术前瞻第93期:关注锂空气电池、石墨烯电池进展

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锂空气电池的阳极(负极)采用了金属锂,而阴极(正极)材料,则是空气中的氧,放电过程中,负极的金属锂被氧化,正极的氧气被还原,从而在外电路中产生电流。

该技术仍处于起步阶段,目前有四种类型的锂空气电池,为非质子性(Nonaqueous),液态(aqueous),固态(solid state electrolyte),和混合的水/非质子性(Hybrid)。

锂空气电池拥有远远超过其他类型的传统电池可存储的能量密度而更接近汽油的能量密度。

锂空气电池在正负极材料、电化学反应和稳定性方面仍然有一些问题,比如放电不完全、放电过快、短路和电池容量下降。

石墨烯电池利用锂离子在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性充放电。目前研究分为两块:掺杂石墨烯以改进现有电池性能或者电池材料完全采用石墨烯。

韩国研发出石墨烯超级手机电池,可存储与传统电池等量的电量,但充电时间只需16秒。日本用特制的石墨烯材料替代铂作为催化剂,来制造燃料电池车所需的氢燃料,获得突破。

石墨烯电池目前最大的问题是产业化生产的制备工艺有待解决;目前液相氧化还原法是量产的主要制备方法,制备的石墨烯价格可降至10元/克以下,成品多为粉材、浆料,可间接成膜,适合中低端应用。化学气相沉积法(CVD)可直接制备石墨烯薄膜,质量更高,性能更好,但价格非常昂贵

石墨烯电池的前景广阔,在动力型锂离子电池上的应用,比如新能源车,能够带来显著的变化;今年“两会”恰逢“十三五”开局,以石墨烯为代表的新材料将纳入“十三五”国家战略性新兴产业发展规划中。人大代表提议国家应尽快制定石墨烯行业标准,推动石墨烯产业化发展。产业规模上,我国形成了以江苏省(常州、无锡、南京等地)为中心,宁波、青岛、重庆、德阳、河北、北京等地活跃分散发展的格局。