你真敢1.1秒给电池充满电？拿起科学手术刀解剖铝离子电池

  不久前，浙江大学的高级教师团队做出了一项优秀的工作，即使用石墨烯作为铝离子电池的正极高倍率性能和高循环寿命，具有柔性功能。这项工作发表在期刊上《SCIENCE ADVANCES》上。

  一经推出，就引起了业界的广泛关注和讨论。很多朋友都在问技术对电池行业的影响，当然也有一些宣传文章是这样的。

  什么感觉？如果电流太大，你会担心家里的插座吗？

  哈哈，别开玩笑了。既然大家都很关心这种电池技术，今天就来简单分析一下铝离子电池的发展应用前景。

  1、铝离子电池-能量密度是多少？

  首先，在作者自己的摘要中介绍电池。

  这项工作的创新点是，3高3连续创造了一个新的结构（3H3C）石墨烯膜正极具有高质量、定位和局部通道，可以保证电子、离子传导和足够的活性物质质量。正极容量在1.1s充电容量为120mAh/g，25万次循环后容量保证率91.7在高低温下工作性能优异，灵活。

  石墨烯不难看出-铝金属铝离子电池具有优异的高温、低温、柔性和倍率性能，这当然对制备的石墨烯电极有很大的好处。然而，摘要是一个突出的亮点，突出的结果将在这里得到反应，但电池的几个重要参数没有说：如体积能量密度、质量能量密度。

  1）如果体积能量密度低，基本上没有希望应用于手机和汽车这两个电池最重要的领域——空间非常有限，必须充分利用。手机和汽车也在追求长寿命，此时必须能量密度。

  翻到文章第5页，看到了作者对自己电池性能的介绍：66Wh/kg(质量能量密度)。

  首先，66Wh/kg铝离子电池仍然是典型的能量密度范围40~65Wh/kg，这一数据远低于锂离子电池：磷酸铁锂100 Wh/kg，三元的接近200Wh/kg。在手机和汽车领域使用铝离子电池等能量密度，基本上只能针对混合动力汽车，插入式混合动力有点悬挂，手机更难有希望。

  2）更大的问题是，全文中没有提到与体积能量密度相关的数据。考虑到电池质量能量密度低，所用材料膨胀（石墨烯等），其体积能量密度也可能难以达到三元锂电池的三分之一。由于作者没有提到这些数据，作者只能根据现有数据和常识推断体积能量密度数据可能很丑。

  这里再强调一 ** 能量密度的意义：如果电池不重，但体积很大，携带和装载也会有很大的问题，特别是在移动储能（手机、汽车）使用中。对于体积要求不太严格的固定储能，体积较大的储能方法可能更合适，如液流电池是典型的代表。

  事实上，目前铝离子电池系统很难找到合适的正极材料，钒化合物容量和电压不好，石墨烯只能从矮人中拨打将军，电解质（只能使用离子液体）等限制也使铝离子电池能量密度没有突破迹象，因此目前的能量密度性能极大地限制了技术应用更广泛的可能性。

  2. 成本分析

  从以上两个方面的性能作者报告的数据和分析可以看出，电池可能更适合功率场合，替代现有锂离子电池的潜力不太大，对电容器的威胁也不小。如果成本可以做到，你也可以与能量密度相似的铅酸竞争。

  最后，作者也给出了自己的评价——主要针对capacitor-dominant high-power density energy storage system。总之是针对高功率领域。

  目前还不清楚体积能量密度。正如我刚才所说，如果成本能够实现，可能会有一定的潜力。然而，该系统使用了几种材料：石墨烯、离子液体和铝金属。

  石墨烯正极的原料是氧化石墨烯GO，将其涂成定向膜，然后恢复，最后在2850℃只有在条件下处理，才能得到最终所需的材料，类似于石墨生产所需的处理温度。因此，石墨原料用于该工艺路线-石墨烯电极制备相当于两次2850℃这肯定会增加炉体的要求和能耗。

  有人可能会问：为什么二次处理石墨烯时温度不能降低？答案简单：如果石墨烯采用氧化还原路线，材料结构的完美性会受到氧化的影响，温和的还原条件不足以解决问题，需要高温才能有效回复；如果使用石墨烯，如其他方法CVD、机械剥离，制备的材料质量会很高，可能不需要高温处理，但这些方法的大规模生产能力往往非常有限。这就是困境。

  此外，离子液体确实是一项更重要、更有前途的技术。然而，对于铝离子电池，其技术似乎非常依赖于离子液体，存在一系列粘度高、成本高的问题，大大增加了铝离子电池的成本。当然，随着时间的推移，在科研和工业的共同努力下，离子液体确实有很大的进步空间，应用前景值得期待。

  因此，总的来说，与目前常见的电池系统相比，锂电池和铅酸使用的材料相对传统，可以实现稳定的大规模生产，这在降低电池成本（特别是近年来）方面发挥了相当大的支持作用。但对于铝离子电池系统，有相当多的工作要做原材料工业化、经济实用。

  3. 你真敢1.1s给电池充满电吗？

  其实这类文章的槽点是常见的:如果真的想要的话1s对于一个容量很小的实验室量级电池，充满电是可以的。如果是手机电池呢？10Wh一块1s充满的话，充电功率是36kW，回忆一下初中物理学到的计算热量的焦耳定律，看看自己的家电表，然后想想是否可行。

  针对这类文章，锂电泰斗Goodenough老人早就有了文章的分析和批评，在此直接援引，欢迎大家学习。《Unsupported claims of ultrafast charging of LiFePO4 Li-ion batteries》 >sciencedirect.com/science/article/pii/S09987

  总结

  铝离子电池技术确实有自己的特点，但缺点也很明显。希望在能源密度和成本下降潜力方面取得突破，加快未来发展的实际进程。

  声明:本文已在第一电动汽车网上启动。