石墨烯、超級電容和18650,還搞不明白就別回家過年了

前一陣幾個名詞很火石墨烯、超級電容、18650

作為一名工程師,如果你還搞不清楚這三個東西啥關系,就別回家過年啦!如果你不是一名工程師,而僅僅是一名電子愛好者,那你更應該搞明白這三個詞說得究竟是什么鬼。這樣你才能在朋友(女)面前小露一手。關鍵問題來了,為啥石墨烯、超級電容、18650這幾個詞這么火?它們是怎么攪合在一起的呢??這三種東西其實都由來已久了,并不是什么新鮮的東西。但是隨著現在大家對新能源的迫切需求和特斯拉的炒作功力,它們就都走進了大眾的視線中。沒錯,特斯拉中裝載的就是松下的18650型號的電池,共有7000多節,總重高達900多斤。

特斯拉電池板

最近國內很火的小牛電動車,號稱(注意是“號稱”)能夠續航100公里也是采用了18650型號鋰電池。

小牛電動車電池

還有很多例子,小米移動電源啥的也就不說了。

為何大家都在用18650鋰電池?簡單來說就是這是目前最成熟最折中合適的一種儲能解決方案。

說到儲能技術,有三個指標很重要:能量密度,功率密度,充放電次數。

能量密度指的是能量與重量的比值:鋰電池可以達到100wh/kg以上,鉛酸電池大概在30~40wh/kg,超級電容的能量密度很低大概在0.1~10wh/kg之間。

所以你要是想用鉛酸電池,那就太沉了,特斯拉都趕上坦克了。超級電容?還是靠邊站吧....你不能開著一輛幾噸重的電動車上路吧。

超級電容的優勢在哪里呢,就在另外兩個指標上了:功率密度和充放電次數。

功率密度指的是最大輸出功率與重量之比:越大說明充放電速度越快。

超級電容的功率密度非常之高,可達300W/kg~5000W/kg,這相當于鋰電池的2~30倍;因為它僅僅是對能量進行物理上的轉移,能量形態并沒有發生任何變化,所以充電時間很短,充電10秒~10分鐘可達到其額定容量的95%以上;這也保證了充放電次數可以比鋰電池高出數倍。深度充放電可循環使用次數超過50萬次,這是普通鋰電池的500倍,即如果對超級電容每天充放電20次,仍可連續使用68年。究其原因,其在儲能的過程中不發生化學反應,儲能過程是可逆的,所以超級電容器可以反復充放電數十萬次;工作溫度范圍寬,超低溫特性好,溫度范圍寬-40℃~+70℃,這是“嬌生慣養”的鋰電池無法適應的。

然而能量密度低的硬傷,讓它只能成為一個暫時的儲能部分。例如在插電式混動汽車的啟停時候,都會用到超級電容快速充放電的特性。效果就是能夠實現更快起步和剎車時能量回收。其實真正的儲能職責還是交給鋰電池。

插電式混動汽車

為了取代鋰電池,實現更加完美的儲能技術。超級電容就瞄上了石墨烯。海內外的科學家們都在尋找使用石墨烯來制造超級電容的方法,不少已經宣稱發明成功。充電只需幾秒鐘,續航可達幾十公里。這些實驗室中傳出來的消息把鋰電池嚇破了膽,鋪天蓋地的媒體也大肆宣揚,鋰電池可以退休了,石墨烯超級電容才是未來儲能技術的嬌寵。其實這些實驗室傳來的喜訊,離真正的應用還遠得很。

也有不少科學家在研究使用石墨烯作為電極材料的超級鋰電池,但是經過很多年仍然是處在實驗室階段,目前還沒有成熟的解決方案。

石墨烯作為一種萬能材料,似乎每過一段時間就會重新搭上其它的產品被炒作起來,一開始是鋰電池,之后是超級電容,到現在可穿戴智能設備大行其道,不少人又指出石墨烯的可延展性和良好的可塑性要是應用在可穿戴上前景將十分廣闊。目前已經有不少科學家投入到了這個全新的研究當中。小結

超級電容一旦能夠達到鋰電池的能量密度,那勢必將取代鋰電池。電動汽車的性能也將翻番。然而說到現在,18650還是最完美的儲能解決方案。

認同的請點贊!不認同的請評論哦~最后名詞科普,不懂的自行戳著看首先來講講什么是石墨烯

石墨烯(Graphene)是從石墨中剝離出來的、由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體。石墨烯一層層疊起來就是石墨,厚1毫米的石墨大約包含300萬層石墨烯。

所以你明白了嘛?石墨烯其實就是僅由一層碳原子構成的薄片。

聽起來沒什么了不起,不是嗎?

看完接下來的幾點特性,也許你就知道石墨烯到底火在哪里了;自然界目前已知最薄、強度最高的材料。又有很好的彈性,拉伸幅度能達到自身尺寸的20%。世上電阻率最小的材料。常溫下其電子遷移率超過15000cm2/V·s,又比納米碳管或硅晶體高,而電阻率只約10-6Ω·cm,比銅或銀更低幾乎是完全透明的,只吸收2.3%的光。

非常致密,即使是最小的氣體原子(氦原子)也無法穿透。

看完了上面的特性,你也許就明白了。這種超薄、超高強度、最低電阻率的材料,非常有潛力取代現在的硅材質,計算機處理器的運行速度將會快數百倍。它質密高透光度的特性讓它成為制作觸摸屏等的完美材質。

另不久前,工信部、發改委和科技部等三部委發布《關于加快石墨烯產業創新發展的若干意見》,欲在2020年形成完善的石墨烯產業體系,實現石墨烯材料標準化、系列化和低成本化,在多領域實現規?;瘧?。說完石墨烯,再來說說什么是超級電容超級電容又名電化學電容器,雙電層電容器(Electrical Double-Layer Capacitor),是從上世紀七、八十年代發展起來的通過極化電解質來儲能的一種電化學元件。它不同于傳統的化學電源,是一種介于傳統電容器與電池之間、具有特殊性能的電源,主要依靠雙電層和氧化還原假電容電荷儲存電能。

突出優點是功率密度高、充放電時間短、循環壽命長、工作溫度范圍寬,是世界上已投入量產的雙電層電容器中容量最大的一種。

接下來八一八18650是個什么鬼??

18650其實就是最常用的一種鋰電池型號,即指電池直徑為18mm,長度為65mm,圓柱形。

鋰電池大家都很熟悉,在此不在贅述。 

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