Пробиваем «фатальный дефект» литиевых аккумуляторов

Третья в мире линия по производству 100-тонного графена будет запущена в нашей провинции в конце мая. Это вызовет революцию в области электромобилей.

Может быть, однажды вы положите планшет с сенсорным экраном в три сложения и две стопки в карман; используйте несколько секунд для полной зарядки телефона, не подзаряжайте в первой половине месяца; управлять сверхлегким самолетом, водить легковой автомобиль или даже подняться на десятки тысяч миль космических лифтов, о которых мечтает человек.

Все эти чудесные сны происходят из особого материала - графена.

«Графит - это наноматериал из графита. Это самый легкий, тонкий и прочный материал в мире. Он обладает высокой проводимостью, высокой прочностью, высокой теплопроводностью, высокой удельной поверхностью и другими характеристиками ». 2 апреля Ин Мэн, президент Tangshan Jianhua Industrial Group, которая долгое время занималась разработкой графена, сказал, что это необычный новый материал принесет революционные изменения во многие области, такие как электромобили и электронная информация. Ожидается, что он станет отраслью уровня следующего триллиона.

«Мы первыми разработали новый метод получения графена, который подходит для недорогого массового производства». С конца прошлого года Jianhua Industrial произвела в нашей провинции 500 000 грамм производственной линии графена в год. 100-тонная производственная линия находится в стадии интенсивной сборки и будет официально запущена в конце мая. Ин Мэн считает, что этот захватывающий новый прорыв в технологии массового производства графена откроет огромные возможности для развития новой индустриализации.

От 5 до 30 минут подрывной деятельности

Устраните узкое место в зарядке литиевых аккумуляторов и совершите революцию в электромобилях

Зарядка может занять 500 километров всего за 5 часов. В начале этого года листинг Tras в Китае можно охарактеризовать как «пожар зимой», совершив революцию в области электромобилей.

Хотя технология аккумуляторов сделала большой шаг вперед, все еще есть умение работать некоторое время и заряжаться в течение 5 часов. Длительное время зарядки по-прежнему является непреодолимым препятствием для литиевых батарей. Электромобили, которые считаются будущим направлением развития автомобилестроения, не смогли решить эту проблему узких мест и уже много лет продвигаются по пути продвижения.

«Эту дверь откроет графен». Как и многие отраслевые эксперты, Ин Мэн очень оптимистично смотрит на применение графена в области энергетики. Команда исследователей компании работает над созданием суперконденсаторов и батарей на основе графена. Как только графеновая батарея станет доступной, ожидается, что ее емкость увеличится в 1,5 раза, а время зарядки - до десятков минут. При использовании суперконденсатора на основе графена вместо батареи время зарядки и разрядки может составлять всего несколько секунд.

«Это означает, что зарядка электромобилей в будущем будет короче, чем время дозаправки, что произведет революцию в области электромобилей». Ин Мэн сказал, что в настоящее время они закладывают линию по производству конденсаторных батарей на основе графена, которая, как ожидается, будет официально введена в эксплуатацию в конце декабря этого года.

На производственной базе Tangshan Jianhua Industrial Group репортер испытал «магию» графена - хотя это тот же источник, что и графит, он находится далеко от ядра карандаша, которое мы обычно видим. Графеновый микрочип больше похож на хлопок. Черный флок, тонкий, как створка, и легкий, может заполнить только белое пластиковое ведро емкостью 50 литров всего за 180 граммов.

Ин Мэн объяснил, что причина, по которой графеновая батарея имеет высокую скорость зарядки и разрядки и большой запас энергии, заключается в использовании высокой удельной поверхности и высокой проводимости графенового материала. Электропроводность графенового материала в 10-100 раз больше, чем у меди. Если традиционная литиевая батарея заряжается и быстро разряжается, это неизбежно приведет к увеличению тока, а ток вызовет нагрев батареи, сократит срок службы и даже вызовет взрыв. Ожидается, что использование графена для добавления его к положительным и отрицательным материалам литиевых батарей решит этот недостаток.

Ин Мэн объяснил, что рабочий процесс литиевых батарей - это процесс колебания ионов лития от положительного электрода к отрицательному. Добавление графена к материалу положительного электрода может улучшить проводимость материала положительного электрода, увеличить скорость разряда батареи и ускорить заряд и скорость разряда батареи. Добавление графена к материалу отрицательного электрода может увеличить емкость для размещения ионов лития и увеличить емкость.

«Ощущение от графена связано с тем, что он создал множество записей. Таинственная особенность графена вселяет в людей иллюзии по поводу его применения ». Ин Мэн описывает, что графен по-прежнему остается самым тонким и прочным материалом в мире. При толщине всего 0,34 нм толщина 200 000 слоев графена примерно равна диаметру пряди волос. Она тверже алмазов и в 100 раз прочнее лучшей стали в мире. Материал почти полностью прозрачен и имеет коэффициент светопропускания более 97%, который, как ожидается, будет использоваться при производстве нового поколения высокопроизводительных электронных устройств.

В настоящее время команда из почти 40 человек компании работает над разработкой и применением производственной цепочки переработки графена, и в то же время существует более десяти продуктов. Согласно сообщениям, графен обладает беспрецедентным потенциалом в области электроники, аэрокосмической, военной, новой энергетики, новых материалов и т.д .: Благодаря превосходным электрическим свойствам графена, это будет новый материал, который может заменить кремний, чтобы производить ультра-микротранзисторы. В будущем ожидается увеличение скорости компьютеров от 10 до 100 раз; его легкие и прочные характеристики - лучший выбор для изготовления сверхлегких бронежилетов и материалов для сверхлегких самолетов; Используя нанотехнологии, графен можно превратить в датчик ДНК. Он используется для обнаружения вращения и позиционной структуры нитей ДНК, открывая новый путь для технологии секвенирования генома; графен также может быть превращен в антибактериальные материалы при стерилизации без повреждения клеток.

От 1 до 500 тонн прорывов

Листы графита отслаивают графеновые микрочипы и препятствуют индустриализации

В начале марта этого года я впервые поехал в Гуандун, чтобы обсудить сотрудничество с производителем аккумуляторов. Ин Мэн использовал только бочку с образцами графеновых микрочипов на 180 грамм, чтобы открыть дверь для сотрудничества без каких-либо усилий. Когда я увидел образец ствола, ответственный за Гуандун был в то время «ошеломлен». Я не стал ждать, пока Ин Мэн представит его, и попросил о сотрудничестве.

«По сравнению с лабораторным в единицах 1 грамм этот образец ствола несомненно астрономический. Крупные производственные мощности являются наиболее важным фактором, способствующим сотрудничеству между двумя сторонами ». Ин Мэн считает, что «высококачественный и недорогой процесс производства макросов является ключом к современной индустриализации и выходу графена на рынок приложений».

В настоящее время годовой объем производства графена Jianhua Industrial Group достигает 500 000 граммов, и в конце мая будет запущена в производство линия по производству графена с годовой производительностью 100 тонн. Производительность одна из лучших в отрасли. В то же время на второй очереди производственной линии компании с годовой производительностью 500 тонн завершены работы по проектированию производственного процесса, и до конца года планируется начать строительство в Caofeidian.

Итак, как графит может стать графеном? «Поскольку сила между графитовым листом и слоем мала, большая часть нашего обычного графена отслаивается от графитового листа». Мэн Ин сказал, что метод наклеивания графена с помощью ленты явно не подходит для промышленного производства. В настоящее время в основном используются технологии приготовления партии графена, такие как химическое осаждение из паровой фазы, окислительно-восстановительный метод и метод пиролитического карбида кремния, но лишь несколько компаний в мире могут осуществлять промышленное производство.

С начала 2009 года, зная графен, Ин Мэн пытается выяснить причины, по которым существующая технология приготовления не дает энергии. После нескольких лет исследований его команда разработала уникальный подход, основанный на окислительно-восстановительном методе, изменила существующую технологию приготовления и разработала производственную технологию и оборудование с независимыми правами интеллектуальной собственности, сделав массовое производство реальностью.

Он взглянул на бумагу формата А4 и сказал: «Графитовый блок имеет слоистую структуру, как эта крепированная бумага. После предыдущего метода обработки расстояние между бумагой и бумагой может быть увеличено, но каждая бумага также будет близка к бумага верхнего и нижнего слоев, и ее трудно оторвать от куска бумаги. Некоторые из них связаны между собой, а некоторые из них скручены вместе, и вероятность образования микрочипа из 5 и менее мала . »

Когда первопричина найдена, проблема решена. «Главное - равномерно разложить каждый листок бумаги». Ин Мэн сказал, что если исходный метод - резать ножом, то новый процесс больше похож на размещение взрывчатки между каждым листом бумаги. «Все« динамиты »будут работать вместе одновременно, так что лист бумаги будет равномерно прожарен на кусочки разбросанной бумаги.

«Если взорванная бумага окажется слишком близко, она воссоединится вместе, поэтому ее бросят». Ин Мэн сказал, что эту проблему можно решить химическими и физическими методами, так что каждый маленький лист бумаги теряет свое воссоединение. Производительность, стань независимой личностью, даже если ты сблизишься, ты не сможешь воссоединиться.

В этом отношении Ин Мэн чувствует себя хорошо: «Это звучит очень просто. Чтобы добиться прорыва в производстве от 1 грамма до 500 тонн, наш процесс легкой подготовки был обновлен на восемь поколений за пять лет. Хотите добиться лучшего расслоения. Эффект, выбор материала и настройки оборудования, задействованные на каждом этапе процесса, будут проверяться сотни раз, как Шэннун пробовал траву ».

Снижение с 800 до 25 юаней

От цены на золото до цены на капусту он по-прежнему сохраняет качество золота.

«Что нам нужно сделать, так это попытаться снизить цену на графен с цены на золото до цены на капусту, но при этом сохранить качество золота». Ин Мэн сказал, что только за счет снижения стоимости производства графен может найти более широкое применение в различных областях. В противном случае графен не получит промышленного развития. «Например, графеновая батарея действительно хороша, но если цена в десятки раз выше, чем у литиевой батареи, кто решит покупать, даже если производительность будет отличной?»

«После завершения 100-тонной производственной линии в конце мая стоимость производимых нами графеновых микрочипов будет снижена до 1 грамма 25 юаней, что намного ниже рыночной цены 800 юаней за грамм». Мэн Ин считает, что стоимость значительно снижается, что дает графену преимущество в стоимости, заключающееся в участии в рыночной конкуренции.

Как можно снизить стоимость графена? «Снижение затрат в основном достигается за счет технологических усовершенствований». Мэн Ин сказал, что для достижения годового объема производства в сотни тонн, пока может быть реализована одна производственная линия, и оригинального технического оптического оборудования будут десятки тысяч, только это. Необходимо вложить миллиарды долларов, не говоря уже об амортизации оборудования, зарплате персонала и других расходах. Кроме того, при использовании сырья на сотни долларов вместо десятков тысяч долларов проверка сырья также играет важную роль в сокращении затрат.

В качестве примера он использовал аккумулятор 18650, используемый в электромобилях Tesla. Согласно расчету 25 юаней на грамм графена, для каждой батареи требуется около 1,2 грамма графена, а стоимость составляет 30 юаней. Это не слишком отличается от цены обычных литиевых батарей. Большой. Однако срок службы графеновой батареи в 10 000 раз, что в 10 раз больше, чем у обычной батареи. Десять обычных батарей могут обеспечить срок службы одной графеновой батареи, и цена графеновой батареи, по расчетам, будет ниже.

«25 юаней - это далеко не предел стоимости. С увеличением глубины исследований и разработок и улучшением процесса приготовления стоимость будет все ниже и ниже. Наша цель - 1 грамм или даже меньше». Ин Мэн трезвый. Понимание того, что чем ниже цена на графен, тем выше спрос, и рост спроса также будет способствовать расширению масштабов отрасли, что является благоприятным кругом.

«Снижая затраты, мы также должны гарантировать качество графена, чтобы графеновые материалы были более ценными». Ин Мэн объяснил, что удельная поверхность является важным критерием оценки качества графеновых изделий. Удельная поверхность графена тем больше, чем выше коэффициент однослойности, тем лучше качество.

Нестабильность качества графена также повлияет на производительность последующих продуктов производственной цепочки. Например, Ин Мэн сказал: «Например, разные партии графена имеют большую разницу в удельной площади поверхности. Если их превратить в графеновые батареи, то некоторые из них будут иметь емкость в 1,1 раза больше, чем у обычных литиевых батарей, некоторые - в 1,3 раза, а некоторые даже больше. Это повлияет на производительность электромобилей ».

«Первичный продукт графен, произведенный по нашей технологии, имеет удельную поверхность около 550 квадратных метров на грамм, а самый высокий результат теста может достигать около 1000 квадратных метров». По словам Ин Мэн, благодаря контролю качества сырья и производственного процесса количество слоев графена, производимых компанией, стабильно составляет менее 5 слоев.

Страница содержит содержимое машинного перевода.