石墨烯如何彻底改变电池行业？

电能是能源转型的核心支柱。我们使用的或未来将使用的大部分电器都是由电池供电的。因此，对高性能、可持续存储解决方案的需求从未像现在这样迫切。但目前的电池，尤其是锂离子电池，在成本、环境影响和效率方面都存在严重的局限性。然而，指数级的需求意味着该行业必须做出快速反应。面对这些挑战，一种前景广阔的材料正在崛起：石墨烯。

在本文中，我们将邀请您了解石墨烯将如何改变电池行业，迎接未来的能源挑战。

电池生产的影响

据国际能源机构（IEA）估计，到 2024 年，全球将售出 1700 万辆电动汽车（100% 纯电动或可充电混合动力汽车）。这比去年增加了 300 万辆。

为了满足日益增长的电动汽车需求，电池生产正在爆炸式增长。到 2023 年，电池的使用量将呈指数级增长。国际能源署的特别报告指出，与前一年相比，电池产量增长了130%以上。

然而，占据市场主导地位的锂离子电池需要使用钴、锰和锂等稀有金属。由于这些材料的供应有限，因此必须找到优化其性能的解决方案，并使用越来越有限的数量。

如果我们要成功实现 COP28 上设定的气候目标，电池生产也是一项关键挑战。这些目标包括到 2030 年全球能源储存量增加六倍。

性能问题

电池仍然存在可靠性问题。电池发生故障或失灵的情况并不少见。其结果是：需要更频繁地充电或更换故障设备。

在此背景下，电池市场，尤其是锂离子电池市场，急需更新换代。我们面临的挑战是在提高电池可靠性和使用寿命的同时，最大限度地减少其对环境的影响。因此，该行业的参与者正在寻找新的组件，以提高电池的能量密度、安全性和使用寿命。因此，创新正转向石墨烯等创新材料。

目标：改进现有电池技术

世界不仅需要增加可再生能源的容量，还需要提高能源效率。新一代电池将为此发挥关键作用。

它们对于支持清洁能源的发展、交通电气化以及这些领域的去碳化至关重要。

它们是化石燃料具有竞争力和可持续性的替代品。

美国国家航空航天局（NASA）的 SABERS 计划就是一个很好的例子，该计划正在探索轻型电动航空的创新解决方案。

自 2023 年 1 月以来，全球电池市场加强了对石墨烯的采用。

在英国，Nanotech Energy 公司计划在 2026 年推出一个使用石墨烯的锂离子电池千亿国际娱乐。此外，还对其他几家石墨烯生产公司进行了投资，包括赢创于 2023 年 2 月和 Stellantis 于 2023 年 5 月进行的投资。

石墨烯电池：前瞻性解决方案

是的，在未来几年内，石墨烯基电池很可能成为交通工具的标准。

石墨烯由单层碳原子组成，呈六边形晶格排列，具有优异的导电性、较大的比表面积以及卓越的轻质和柔性。

这些独特的性能可以使下一代电池比传统的锂离子电池更高效、更持久。

由于电荷载流子的高流动性，含有石墨烯的电池有望显著提高充电和放电速度，同时即使在极端条件下也能保持最佳的热稳定性。

阳极的体积不会随着每次充放电循环而改变，这意味着电池的使用寿命更长，从而避免了频繁更换电池的需要。

因此，基于石墨烯的电池不仅更高效，而且更耐用。

在环境方面，石墨烯电池依靠碳这种有助于减少对生态影响的材料，从而减少了对稀缺资源的需求。

石墨烯有哪些应用？

得益于石墨烯的非凡特性，它将促进创新型能源存储解决方案的开发。

最终，基于石墨烯的电池将支持关键领域的转型。

凭借其柔韧性和机械强度，智能手机、平板电脑和其他便携式设备将受益于更长的电池寿命和更短的充电时间。电池将变得更薄、更轻，使智能设备的功能更加强大。

电动汽车（EV/HHEV）将受益于更长的续航里程和更短的充电时间。

在可持续发展和能源效率方面，能源存储部门将获得太阳能和风能的新存储源。

Carbon Waters 开发出能源存储专用的新产品系列

鉴于石墨烯与锂离子电池中使用的其他材料具有极佳的兼容性，碳水公司已开始开发专门用于储能的新产品系列。通过与法国国家科学研究中心（CNRS）专门从事电池材料研究的实验室开展初步合作，与欧洲工业界和机构进行了一系列初步讨论。

我们的研究表明，由 Carbon Waters 的石墨烯基分散体（Graph’Up）开发的特定配方不仅在锂离子电池混合物中非常稳定（与许多其他石墨烯基解决方案不同），而且其效率可与目前业界使用的碳基参考产品相媲美。

迄今为止，Carbon Waters 仍在继续开发该领域的专业知识，并已与欧洲电池行业的化学家专家展开了首次讨论。

了解我们量身定制的解决方案

电池行业，尤其是锂离子电池行业，正在积极寻求能够提高能量密度、安全性和电池寿命的新材料。石墨烯正在成为未来的真正解决方案。

由石墨烯制成的电池有望使设备更加高效、舒适和环保。它们可以取代传统技术，实现 COP28 大会设定的宏伟目标，同时满足全球日益增长的储能需求。

然而，将石墨烯集成到电池中仍然成本高昂，而且仍处于开发阶段。与此同时，超级电容器和燃料电池等其他替代品也在不断涌现。这些技术与石墨烯的进步相结合，可能会反过来改变储能方法。