技术|超级电容、锂电池和石墨烯电池对比分析

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楼主 2018-12-05 17:16:19
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  锂电池和超级电容是两种非常有潜力、应用非常广泛的储能装置,其原理、特性、应用范围都有很大差异、各有所长。石墨烯自问世以来,就因为其强大的导电性能被看做革命性的储能材料。试想一下,如果将超级电容、锂电池和石墨烯这三者结合,将碰撞出什么样的火花呢?


  充电5分钟!续航500公里!石墨烯电池让动力无忧!


  石墨烯,是由碳原子组成的单原子层平面薄膜,厚度仅为0.34纳米,单层厚度相当于头发丝直径的十五万分之一。是目前世界上已知的最轻薄、最坚硬的纳米材料,透光性好,能折叠。因为只有一层原子,电子的运动被限制在一个平面上,石墨烯也有着全新的电学属性。石墨烯是世界上导电性最好的材料,在传统的手机锂电池中加入了石墨烯复合导电粉末,提高了电池的倍率充放电性能和循环寿命。


  然而,制备技术难题是阻碍石墨烯实现其潜在价值的最大“拦路虎”。目前,大多数的石墨烯电池技术还处于研发实验阶段,我们真的要等很久吗?


  日前,珠海聚碳复合材料有限公司旗下全资子公司聚碳动力已经研发出一款真正意义的石墨烯电池商用产品,一举将处于实验室阶段的石墨烯电池拉入电池市场,成功解决现有电源电池不稳定、充电慢、容量低的难题。


  珠海聚碳采取了综合性能平衡设计思路,巧妙地将全新的石墨烯基复合碳材料引入电容电池的正负极,将普通超级电容器与高能电池结合为一体,开发出超高性能的新型电池。


  首款石墨烯电池将首先应用于电动汽车电池,预计今年年底或明年年初就能与用户见面,在明年下半年,应用于手机电池领域的商用石墨烯电池也会与大家见面,届时,手机电池的续航能力、快充能力和安全问题都能一一得到解决。


  珠海聚碳复合材料有限公司的工作人员表示,目前,市场上常见的电动汽车电池,分别是磷酸铁锂电池、三元锂电池和锰酸锂电池。这三种电池各有优缺点,不过购车者可以根据不同的优缺点选择不同的电池。而还有一种电池,就是石墨烯电池了,完全是颠覆式的创造,同时可以避免像类似于特斯拉汽车电池自燃的事件发生。


  聚碳动力已经掌握了石墨烯电池的制备技术,通过在锂电池正负极材料中添加石墨烯,降低电池的内阻,以达到实现高倍率快充快放和大幅提高电池的循环寿命。同时也提升了电池的耐受高低温的性能。这是聚碳动力的核心技术,也是其他企业无法复制的。石墨烯电池的普及将会是电动汽车的飞跃,一旦石墨烯电池应用到电动汽车上,对整个汽车行业将是颠覆性的改变。


  核心技术


  其核心技术奥秘在于采取了综合性能平衡设计思路,巧妙地将全新的石墨烯基复合碳材料引入电容电池的正负极,实现了普通超级电容器与高能电池结合为一体,从而兼有一般超级电容器和蓄电池的优异性能。


  用途


  石墨烯全碳电容电池是一种全能的新型动力电源。可解决电动汽车动力问题,还可以在水面舰艇、潜艇、无人机、导弹以及航天领域中应用。特别是其独具的安全性能将会对电动车产业发展带来深刻影响。这一产品集锂离子电池能量密度和超级电容器功率密度优势于一身,按照新国标检测,循环寿命达4000次以上,使用温度范围从零下30摄氏度至零上70摄氏度。在保证一定续驶里程的基础上,可实现大电流快速充电和超长的循环使用寿命。


  技术突破


  新型石墨烯全碳电容电池的优点是储电量大,由电能转化成化学能,再转化成电能释放出来,其能量密度已经超过目前最顶级的锂离子电池,功率密度接近超级电容,在结构上实现了电池和传统电容的内并,实现了电池和电容的优点兼备。


  性能优势


  安全稳定,新型石墨烯聚碳电容电池,充满电后用射钉枪打,使其短路,任何反应都没有;放在火上烧,也不会发生爆炸。


  充电速度快;石墨烯聚碳电池,可用10C的大电流充电,单块充满电只要6分钟,上百块串联在一起充电,10分钟可达95%以上。


  功率密度高,可达200W/KG~1000W/KG,相当于锂电池的3倍以上。


  超低温特性好,可在摄氏零下30℃的环境中工作。


  电容型锂离子电池原理、性能全解析


  1、超级电容器和锂电工作原理

  

  

  

  

  


  2、电容型锂离子电池研发基础


  1)频繁大电流冲击对电池性能有明显的不利影响;


  2)在电池两端并联大容量电容器的确能缓冲大电流对电池的冲击,从而延长电池的循环寿命;


  3)如果采用内连接,使每个电池材料颗粒都处于电容器的保护之中,应更能延长电池循环寿命,提高电池功率特性。


  3、电容型锂离子电池工作原理


  电容型锂离子电池是将双电层超级电容器与锂离子电池的工作原理相结合,锂离子电池的电极材料与超级电容器的电极材料相融合,器件中既有电容的双电层物理储能原理又有锂离子电池的嵌入脱嵌化学储能原理,即形成电容型锂离子电池。


  电容型锂离子电池研制关键技术问题:

  电极成份设计问题;

  工作电压匹配问题;

  电解液组分设计问题;

  与性能相匹配的结构设计问题;

  应用技术。


  4、电容型锂离子电池分类



  5、电容型锂离子电池性能



  6、电容型锂离子电池应用


  电动汽车电源;

  电动摩托车、自行车电源;

  各种电能存储装置(风能、太阳能、储电柜等);

  电动工具;

  军事领域。(来源:煤炭资讯)



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