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石墨烯是个什么?它真是改善智能手机续航的希望吗?

人气:110 发布时间:2018-05-19
摘要:和大家分享了智能手机电池的构成和充放电原理,由此可以得出一个基本的结论:现阶段还没有从结构上的替代方案,在电池体积不变的

       和大家分享了智能手机电池的构成和充放电原理,由此可以得出一个基本的结论:现阶段还没有从结构上的替代方案,在电池体积不变的基础上想让电池的能量密度翻几倍是不现实的。但是,如果从提升充放电效能的思路入手,还是被电池行业抓住了一丝曙光。

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怎么说呢,如今的智能手机都在追求轻薄性感且减轻压手感,所以电池容量普遍都在3000mAh到4000mAh之间。在电池容量无法突破的情况下,缩短充电时间就是改善续航表现的发展方向了。比如“充电5分钟,通话2小时”的广告就是快充功效的最佳诠释。

石墨烯参上

在锂电池的正极、负极、电解液和隔膜中,电荷运动的快慢主要就受制于正负极的材料。好消息是,科研人员很早就发现了一种名为“石墨烯”的材料,可以显著提升提升锂电池的可靠性(耐高温,循环寿命更长)和充电速度(允许更大的电压和电流输入)。

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石墨烯就是把石墨中的堆叠的碳原子分离成单层或者双层,比如铅笔在纸上留下的痕迹就可能是几层甚至是单层石墨烯

石墨烯电池

为了增加噱头,很多厂商在发布含有石墨烯材料的锂电池时,厂商或媒体都会将其称为“石墨烯电池”。实际上,“石墨烯电池”的称呼是不够严谨的。

原因很简单,石墨烯是一种非常昂贵的材料,成本曾被抄到每克5000元,如果将其替换锂电池的全部正负极材料,除了军事和科研行业,消费级市场是根本负担不起的。

现在已经亮相的各种“石墨烯电池”、“石墨烯充电宝”,其原理只是将石墨烯作为传统正负极材料中的“添加剂”(导电剂或电极嵌锂材料),就好像化学反应中的催化剂一样来提升锂电池电极的导电性,从而实现让充电时间大幅缩短的目的

比如华为早前发布的“石墨烯基锂离子电池”就主打更高的可靠性,该技术的突破源于三个方面:在电解液中加入特殊添加剂,除去痕量水,避免电解液的高温分解;电池正极选用改性的大单晶三元材料,提高材料的热稳定性;同时引入采新型材料石墨烯,用于实现锂离子电池与环境间的高效散热。

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实验结果显示,以石墨烯为基础的新型耐高温技术可以将锂离子电池上限使用温度提高10℃,使用寿命是普通锂离子电池的2倍。

手机商用尚需时日

虽然石墨烯是一种已被认可的锂电池“添加剂”,但距离它在手机领域全面商业化量产却还有一段路要走。

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因为石墨烯的形态、在传统锂电池中扮演的角色(作为正极还是负极的添加材料)都会影响最终的充放电性能,尚缺乏统一的认证和标准。比如,三星的“石墨烯电池”就主打更快的充电速度:三星所申请的专利是一种用硅石来合成像三维爆玉米花一样的“石墨烯球”,然后将这些“球”用作锂离子电池的材料,可将电池容量提高45%,而充电速度提高至现有标准的5倍。

充电宝领域捷足先登

好消息是,在充电宝领域,石墨烯材料已经被应用在了很多新品上,此类产品的电池容量普遍在5000mAh到10000mAh之间,在电池的正极材料中加入了石墨烯提升了电极的导电性。同时,配合原装的12V/5A充电器(输入功率可达60W),可以在15分钟内充满5000mAh,40分钟内充满10000mAh电芯。

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可惜,石墨烯充电宝的价格普遍要比同容量的传统产品贵3倍左右,原装充电器体积硕大,高速充电时发热量较高对充电宝这种体积大结构简单的设备而言安全相对可控,但要放在更精密的手机领域,其在安全性上却还有很多的难点没能攻克

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石墨烯的广泛用途

石墨烯的基本形态是呈晶格的单层碳原子片,除了优化电池性能外,这种材料还可用于柔性显示器、可穿戴设备和其他下一代电子设备。比如魅族就在2018年2月申请了一份以石墨烯柔性屏幕为载体的手机专利:凭借石墨烯材质屏幕拥有高透光率、低电阻率、耐摔耐撞及可弯曲等特性,成功将阻碍全面屏产品突破极限的前置摄像头、光线距离传感器等元器件集成在了石墨烯柔性屏之下,从而完成更高屏占比的全面屏设计。

责任编辑:环球石墨烯网