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石墨烯电池能带来电动汽车革命?扯淡!

车聚网 韦波

近日,一条新闻给电动车行业打了一针鸡血,各大新闻媒体也因此兴奋得嗷嗷叫:中科院上海硅酸盐研究所发布消息称,该所联合北京大学、美国宾夕法尼亚大学展开持续攻关,已研制出一种高性能超级电容器电极材料——氮掺杂有序介孔石墨烯,该材料具有极佳的电化学储能特性,可用作电动车的“超强电池”,充电只需7秒钟,即可续航35公里,相关研究成果已于12月18日发表在世界顶级期刊《科学》上。

那么,这个新玩意是否能解决电动车续航力差和充电慢的瓶颈问题?我看未必。

什么是石墨烯电池?

石墨烯电池其实并不是真正的电池,而是一种新材料超级电容。在此之前,超级电容已经广泛应用于电动车、混动汽车和大功率输出设备等领域,作为一种电化学储能装置,其性能介于传统电容和电池之间,具有功率密度高,循环寿命长以及安全可靠等特点,但是能量密度却是其最大的软肋。

石墨烯电池能带来电动汽车革命?扯淡!

为了解决这个问题,科研工作者只能在新材料上下功夫。经过多年研究,最后发现氮掺杂有序介孔石墨烯的性能表现最佳,不仅能实现高能量密度和高功率密度,而且还具有无毒环保,体积轻重量小,成本低廉易于规模生产,性能安全可靠,不易燃也不易爆等等优势,实为超级电容之最佳材料,可谓是居家必备,老少咸宜……

正因如此,氮掺杂有序介孔石墨烯超级电容无论是性能还是成本,都比目前实际应用的所有种类的电池更具优势,且在快速充放电方面更是将锂电池甩出几条街,完全可以替代掉原先的电动车电池组成为新的储能设备。所以,该超级电容被冠以“石墨烯电池”的名头见诸各大媒体。

然而就本质来说,石墨烯电池并不是真正的电池,如果说超级电容相当于电脑中的内存,电池相当于电脑中的机械硬盘,而石墨烯电池其实就相当于固态硬盘——尽管都有“储存”上的功能体现以及储存容量的限定,但就原理而言,固态硬盘和机械硬盘其实并不是一回事,固态硬盘的工作原理更接近于内存。

为何石墨烯不能带来电动车革命?

以特斯拉Model S为例,满电理论续航里程480公里上下,电池容量为85千瓦时,可用快速充电方式在一小时内充满电;而在快速充电条件下,充电桩的直流输出高达125千瓦时,换句话说就是每小时耗电125度。好了明确了这一点之后,咱们再继续往下掰扯小学水平的数学题。

如果将特斯拉Model S的锂电池全部更换为等容量的石墨烯电池,以“充电7秒钟续航35公里”来计算,480公里的续航力只需充电96秒,这个时间不比普通汽车加油耗时慢——其实算上在加油站排队和交费等时间,车主们会发现,自己进加油站加一次油的耗时不止96秒。

1小时(3600秒)将特斯拉Model S充满电,充电桩输出是125千瓦时;97秒将特斯拉Model S充满电,充电桩的输出就是3600÷96×125=4687.5千瓦时,即1小时耗电4687.5度——强调一下,这还只是理论数值!

85千瓦时的电池容量在1小时快充模式下耗电125千瓦时,损耗就高达47%(即125/85-100%=47%),而在96秒内充电85千瓦时,其损耗绝对远不止这么点,这对整个充电系统的散热要求达到了一个极其变态的高度!

好,就算中国有能力建造散热能力极其变态的充电系统,咱们接着往下算:保守而言,高速公路上的服务区加油站都可以同时容纳6辆车加油,以此为例,每个服务区都建立6个充电站,其负载将高达4687.5×6=28125千瓦时,这是一个什么概念呢?

这么说吧,三峡电站总共有32台70万千瓦的水轮发电机,总装机容量高达22,400,000千瓦,就算全负荷运转,也只能承担796个服务区的充电站用电量——如果考虑到实际充电损耗和输变电损耗,这个数值将至少下降三分之一,约为530。

我查了百度了一下关键字“高速公路服务区”,百度百科的结果是,截至2011年,全国高速公路服务区就超过1500个,现在相信远不止这个数!这就意味着,一个三峡电站,只能负载全国三分之一的高速公路服务区充电站,若遇上冬季枯水期,这个负载就只能转嫁给火电厂,如此一来,中国雾霾会不会加剧?大家自己想。

再者,每个服务区的快速充电站负载高达28125千瓦时,这就意味着每个服务区都必须配套一个至少10KV的专用变电站,其建设费用大约在500万元上下,这就意味着750亿的资金缺口。我们再发散思维一下,如果以后电动车普及了,中国每个小区都有6辆“充电7秒钟续航35公里”的电动车在车库中停靠充电——其实一个小区6辆电动车并不算多,结果又当如何?结果太“美”,我不敢想象!

这还不是最要命的,或许大部分时间电动车不会扎堆充电,但如果遇上个节假日,高速公路爆棚,每个服务区都有电动车扎堆排队,又该怎么办?其实每年节假日的服务区加油站都在上演这一幕,而且可以确信的是,电动车的车主在服务区都不会有耐心采用“慢充”模式,国家电网根本无法承受这种负载!好了,有人提议,为了保证国家电网不被压垮,每个充电桩只能设定为960秒的快充模式,排队长点就长点,这样总该解决问题了吧?

当然不行,我相信任何一个高校电气工程专业的学生都会把说这种话的人拖出来打一顿!电气工程中有一个术语叫“潮流分布”,就算用这种比原来慢10倍的方式集中充电,如此小范围大负载且时段集中的用电行为,将会造成电网潮流分布的严重异常,会对国家电网形成致命打击,中国会瞬间变成解放前的油灯社会。

有人又说了,把充电时间再慢10倍,变成9600秒,这样总该OK了吧?是的,OK了,9600秒,比两个小时还多,如此一来,石墨烯电池的快速充电意义岂不是变成了然并卵?

小结:

综上所述,电动车的充电其实不是一个单方面的技术,这就好比有人拿个水壶去水管下装满水,决定装水速度的不单是容器的开口,而是水管的开口和流速。所以说,电动车的充电速度其实是由“两个巴掌”来决定的,就算其中一个巴掌进化成高逼格的钛合金巴掌,也是拍不响的。

当然了,我写这篇文章的目的并非是向在新材料领域做出突出贡献的中国科学家们泼冷水,不管从任何一个角度说,如此伟大的科研成果都是值得我们尊敬和铭记的。我只是想说明,单凭一个“石墨烯”,解决不了电动车目前乃至未来所面临的充电难题,纯属科普,绝无恶意。

在我看来,反而是手机能最先享受到这一伟大科技带来的便利,就算每个手机充电器做到20A的直流输出,即充电速度比现在快20倍,也不会对家庭和电网的负荷造成任何不利影响。

来源:车聚网

作者:韦波

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