他们说宏烯科技的石墨烯发热汽车坐垫可以缓解疲劳?

华为曾经就有两次和石墨烯电池挂上钩:
第一次是在2016年的世界电池大会上。不过华为也专门说了,这个电池里使用石墨烯之后,可以增强电池的散热,这样电池在非洲这样恶劣的条件下工作时就不会过热。这里并没体现什么神奇的电特性。
第二次是有媒体称华为要把石墨烯电池用在P40手机里,华为马上就辟谣了。华为还是比较理工技术派的,这种典型的大忽悠词怎能随便笑纳呢?
石墨烯究竟能不能做成电池呢?
答案很简单,不能。咱们在讲《电池储能:有序的代价》时就说过,称呼电池是什么电池,都是以正极材料称呼的,因为负极大家普遍用的都是石墨。如果正极用的是钴酸锂,就是手机里的那种电池。如果正极用的是三元锂、磷酸铁锂,就是电动汽车里用的比较多的。
所以,如果你说这个电池是石墨烯电池,那在它充放电的过程中对电子的输运起主要作用的就应该是石墨烯。但是,石墨烯不可能承担这个作用。
严格来说,石墨烯就是一层碳膜,只不过它要求碳和碳之间全都以正六边形手拉手连接好,织成一张大膜。这张膜有很多令人惊讶的特性,特别是能在二维平面导电,在这个平面上导热也特别好,特别快,而且还结实。单层的一平方米的石墨烯膜,悬空,中间放一只猫,它都能兜住。要知道,这是一个原子厚度的极薄的膜啊。
但是,所有这些神奇的特性都要求它只是一层碳膜。这句话就是识别二阶科淆产品的关键。如果它不再是碳了,或者不再是一层膜了,而是十层,那刚刚所有的神奇特性全部瞬间消失。尽管十层也依然是极薄的,但那也没用,石墨烯顿时就变成了铅笔芯里的石墨。
石墨烯是按克卖的,价格还比黄金贵十倍;而石墨是按吨卖的,一吨两三千块钱,就是这么大的区别。
所以,即便一个锂电池里加了石墨烯,它也仍然是锂电池,是锂离子承担充放电的功能。严格来说,是不可能有石墨烯电池的。
电池里可以加石墨烯吗?
那么,有没有往锂电池里加石墨烯的呢?
有,不过不多。而且往正极加也行,往负极加也行,作用只有一个,就是用作导电剂。我们具体举一个例子:
如果家里的车放了三个月都没有启动过,铅酸电池里的电量就会耗光,需要搭电才能启动。你注意过搭电的细节吗?两个夹子,一个正,一个负,分别夹在电瓶的极耳上,极耳就是那个圆柱形的凸起。启动的一瞬间,大约是150A的电流。
现在我问你,这150A的电流是从哪儿流过的?你说,是从那个圆柱形的极耳上流过的。其实不准确。准确的说,是从夹子夹住极耳的那几个锯齿状的接触点流过的。实际上,接触面积就是那几个点,是很小的。
有一个参数叫作“接触电阻”,它对零件的电性能影响很大。有的时候为了通过很大的电流,你准备了粗粗的导线、粗粗的接线柱,结果还是在接触点上产生高温,就是因为粗粗的线和粗粗的接线柱没有充分接触上,只有那么几个点接触是不行的。
所以,凡是大电流下的接头,都有严格的规范,规定如何设计接触方式。有必要的时候还会用焊锡把接线柱和线材整个浸润一下、焊在一起,保证接触面积足够大。这样,接触电阻就会下降很多。
刚刚说的石墨烯做导电剂,其实就是起这个作用的。你要保证电池凸出的极耳和里面的正负极充分接触,最好也能增大接触面积,一条线接触就比一个点好,一个面接触就比一条线好,整个三维立体包裹就比一个面接触更好。所以,电池里的导电剂都是各种粉末,越细越好,通常用的就是磨得很细的碳粉,你叫它石墨也行。
而石墨烯是比碳粉磨得还要细的碳粉,所以如果电池里加入了石墨烯,就能更保证接触面积,电池的导电效果就会更好。
但是,电池可是成吨成吨生产的,而正经的石墨烯一克三千块钱,怎么可能用得起呢?制造商添加导电剂,其实只是希望提高电池的性能,用磨得比专门用作导电的碳粉还细就可以了。于是,买最便宜的那种所谓的“石墨烯”就行了,但那种石墨烯可能是二十层的。
所以,尽管他们声称自己的电池里加入了石墨烯,但这种场合下的石墨烯,在科学语境里是完全不能称之为石墨烯的,因为它早都没有石墨烯那些超神奇的特性了。
石墨烯在电池里的应用,目前能见到的也就只有这种了。而且刚才说了,这里的石墨烯严格来说其实是石墨。
未来会不会有石墨烯电池?
随着技术进展,今后石墨烯会不会真的能成为一种电池呢?
不会的。因为如果碳成了电池中承担电子输运的材料,石墨烯的结构肯定就不能再维持了。而结构才是石墨烯的关键,一旦结构不再,石墨烯就消失了,它的神奇特性也就没有了。
作为辅助材料,石墨烯会不会对电池有更好的帮助呢?
当然会,不过也只是辅助性的。比如,有些车企声称使用了石墨烯电池之后,8分钟充满电池的85%。算一下就知道,充电速度大约是6C。在这种情况下,充电时的电流肯定比较大,需要很好的导电剂完善接触的部分,所以石墨烯会有帮助。
但是,支持更大倍率充电,靠的其实并不是石墨烯,而是高倍率电池特有的设计,比如材料结晶度要很高、材料压实密度不能很大、电解液和隔膜的匹配等,支持60C充电速度的电池早在石墨烯出现之前就已经出现了。
总之,石墨烯在高倍率电池里能有所帮助,可能就是缓冲电极在充放电过程中体积的膨胀和收缩,外加作为更好的导电剂。其他的用途都只在实验室,而且前景远不如改进电池正极材料更吸引人。
石墨烯是从2010年底火起来的,但今天,十年过去了,正经的石墨烯依然只是实验室里研究的对象。我强调的“正经的石墨烯”,就是特指一到两层的那种,可以说几乎没有什么应用。所以,如果你不是这个行业的业内人士,最近几年只要听到石墨烯这个、石墨烯那个,当作二阶科淆产品就没错了。
目前,各种石墨烯产品都是根据真正的石墨烯的特性编造出来的。
比如,为什么石墨烯会出现在帽子、手套、围巾、保暖腰带上呢?因为真正的石墨烯导热性超好,那我们就给它编到冬季的服饰里宣传。
为什么石墨烯会出现在裤衩、缆绳、防弹衣上呢?因为结实嘛。刚刚说过,一层连厚度都看不出来的膜就能兜住一只猫。所以做成裤衩,耐磨;做成缆绳,不断。但裤衩是宏观物体,而超过五层原子厚度的石墨烯就跟石墨没有区别了,要想让石墨烯裤衩足够结实,就必须是单层的,那可是透明的。你是打算穿透明裤衩吗?
为什么石墨烯会出现在电池上呢?因为电子迁移率高、电阻小。注意,这些全都是在单层石墨烯膜上测到的,如果不是膜状结构,电子迁移率也不高,电阻也不小。但对电池来说,这些是最好的特性,怎么能不借势吹一波呢?
电池的发展代表了科技基本盘的发展,因为它的背后是材料学、物理学的进展。时间拉长,电池的性能平均每年能提升10%就非常不错了。
最近八年,之所以电池技术高速发展,是因为之前新能源汽车还没有成为主流产品,很多积累的材料学理论可以作为近期集中爆发的理论基础。另外就是,除了电芯这个核心部件之外,电池里一直没有做优化的外部零件还有很多,比如电池的封装模式从钣金结构变成复合材料,就能减重上百公斤;改变极耳和电池外壳的尺寸,就能在能量密度上提升20%-50%。
而当基础理论的红利爆发完毕、电芯外可改进的空间优化完毕,市场进入充分竞争的时候,电池的能量密度能每十年翻一倍就很不错了。但即便是突破,大概率也不会和石墨烯有什么关系。

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