超級電容、鋰電池和石墨烯電池對比分析

2020-12-06 電子發燒友

超級電容、鋰電池和石墨烯電池對比分析

烯碳資訊 發表於 2016-11-28 09:29:25

　　鋰電池和超級電容是兩種非常有潛力、應用非常廣泛的儲能裝置，其原理、特性、應用範圍都有很大差異、各有所長。石墨烯自問世以來，就因為其強大的導電性能被看做革命性的儲能材料。試想一下，如果將超級電容、鋰電池和石墨烯這三者結合，將碰撞出什麼樣的火花呢？

　　充電5分鐘！續航500公裡！石墨烯電池讓動力無憂！

　　石墨烯，是由碳原子組成的單原子層平面薄膜，厚度僅為0.34納米，單層厚度相當於頭髮絲直徑的十五萬分之一。是目前世界上已知的最輕薄、最堅硬的納米材料，透光性好，能摺疊。因為只有一層原子，電子的運動被限制在一個平面上，石墨烯也有著全新的電學屬性。石墨烯是世界上導電性最好的材料，在傳統的手機鋰電池中加入了石墨烯複合導電粉末，提高了電池的倍率充放電性能和循環壽命。

　　然而，製備技術難題是阻礙石墨烯實現其潛在價值的最大「攔路虎」。目前，大多數的石墨烯電池技術還處於研發實驗階段，我們真的要等很久嗎？

　　日前，珠海聚碳複合材料有限公司旗下全資子公司聚碳動力已經研發出一款真正意義的石墨烯電池商用產品，一舉將處於實驗室階段的石墨烯電池拉入電池市場，成功解決現有電源電池不穩定、充電慢、容量低的難題。

　　珠海聚碳採取了綜合性能平衡設計思路，巧妙地將全新的石墨烯基複合碳材料引入電容電池的正負極，將普通超級電容器與高能電池結合為一體，開發出超高性能的新型電池。

　　首款石墨烯電池將首先應用於電動汽車電池，預計今年年底或明年年初就能與用戶見面，在明年下半年，應用於手機電池領域的商用石墨烯電池也會與大家見面，屆時，手機電池的續航能力、快充能力和安全問題都能一一得到解決。

　　珠海聚碳複合材料有限公司的工作人員表示，目前，市場上常見的電動汽車電池，分別是磷酸鐵鋰電池、三元鋰電池和錳酸鋰電池。這三種電池各有優缺點，不過購車者可以根據不同的優缺點選擇不同的電池。而還有一種電池，就是石墨烯電池了，完全是顛覆式的創造，同時可以避免像類似於特斯拉汽車電池自燃的事件發生。

　　聚碳動力已經掌握了石墨烯電池的製備技術，通過在鋰電池正負極材料中添加石墨烯，降低電池的內阻，以達到實現高倍率快充快放和大幅提高電池的循環壽命。同時也提升了電池的耐受高低溫的性能。這是聚碳動力的核心技術，也是其他企業無法複製的。石墨烯電池的普及將會是電動汽車的飛躍，一旦石墨烯電池應用到電動汽車上，對整個汽車行業將是顛覆性的改變。

　　核心技術

　　其核心技術奧秘在於採取了綜合性能平衡設計思路，巧妙地將全新的石墨烯基複合碳材料引入電容電池的正負極，實現了普通超級電容器與高能電池結合為一體，從而兼有一般超級電容器和蓄電池的優異性能。

　　用途

　　石墨烯全碳電容電池是一種全能的新型動力電源。可解決電動汽車動力問題，還可以在水面艦艇、潛艇、無人機、飛彈以及航天領域中應用。特別是其獨具的安全性能將會對電動車產業發展帶來深刻影響。這一產品集鋰離子電池能量密度和超級電容器功率密度優勢於一身，按照新國標檢測，循環壽命達4000次以上，使用溫度範圍從零下30攝氏度至零上70攝氏度。在保證一定續駛裡程的基礎上，可實現大電流快速充電和超長的循環使用壽命。

　　技術突破

　　新型石墨烯全碳電容電池的優點是儲電量大，由電能轉化成化學能，再轉化成電能釋放出來，其能量密度已經超過目前最頂級的鋰離子電池，功率密度接近超級電容，在結構上實現了電池和傳統電容的內並，實現了電池和電容的優點兼備。

　　性能優勢

　　安全穩定，新型石墨烯聚碳電容電池，充滿電後用射釘槍打，使其短路，任何反應都沒有;放在火上燒，也不會發生爆炸。

　　充電速度快；石墨烯聚碳電池，可用10C的大電流充電，單塊充滿電只要6分鐘，上百塊串聯在一起充電，10分鐘可達95%以上。

　　功率密度高，可達 200W/KG~1000W/KG ，相當於鋰電池的3倍以上。

　　超低溫特性好，可在攝氏零下 30 ℃ 的環境中工作。

　　電容型鋰離子電池原理、性能全解析

　　1 超級電容器和鋰電工作原理

　　

　　

　　

　　

　　

　　2 電容型鋰離子電池研發基礎

　　1）頻繁大電流衝擊對電池性能有明顯的不利影響

　　2）在電池兩端並聯大容量電容器的確能緩衝大電流對電池的衝擊，從而延長電池的循環壽命

　　3）如果採用內連接，使每個電池材料顆粒都處於電容器的保護之中，應更能延長電池循環壽命，提高電池功率特性

　　

　　3 電容型鋰離子電池工作原理

　　電容型鋰離子電池是將雙電層超級電容器與鋰離子電池的工作原理相結合，鋰離子電池的電極材料與超級電容器的電極材料相融合，器件中既有電容的雙電層物理儲能原理又有鋰離子電池的嵌入脫嵌化學儲能原理，即形成電容型鋰離子電池。

　　電容型鋰離子電池研製關鍵技術問題：

　　電極成份設計問題

　　工作電壓匹配問題

　　電解液組分設計問題

　　與性能相匹配的結構設計問題

　　應用技術

　　4 電容型鋰離子電池分類

　　

　　5 電容型鋰離子電池性能

　　

　　6 電容型鋰離子電池應用

　　電動汽車電源

　　電動摩託車、自行車電源

　　各種電能存儲裝置（風能、太陽能、儲電櫃等）

　　電動工具

　　軍事領域

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