リチウム電池の「致命的な欠陥」を突破する

世界で3番目の100トングラフェン生産ラインが5月末に私たちの州で生産される予定です。それは電気自動車の分野で革命を引き起こすでしょう。

たぶんいつか、タッチスクリーンタブレットを3つ折りにして2つ積み重ねてポケットに入れるでしょう。数秒で電話を完全に充電します。月の前半は充電しないでください。超軽量飛行機に乗ったり、軽飛行機を運転したり、人間の夢の中で何万マイルもの宇宙エレベーターに乗ったりすることもできます。

これらの素晴らしい夢はすべて、グラフェンという特別な素材から生まれています。

「グラファイトは、グラファイトでできたナノ材料です。これは、世界で最も軽く、最も薄く、最も硬い丈夫な素材です。高導電率、高強度、高熱伝導率、高比表面積などの特性を備えています。」4月2日、グラフェンの開発に長年関心を持っていた唐山建華工業団地の英孟社長は、次のように述べています。驚異的な新素材は、電気自動車や電子情報など多くの分野に革命的な変化をもたらし、次の兆レベルの産業になることが期待されています。

「私たちは、低コストの大量生産に適したグラフェンの新しい製造方法の開発を開拓しました。」昨年末以来、Jianhua Industrialは、私たちの州で年間50万グラムのグラフェン生産ラインを生産してきました。 100トンの生産ラインは激しい組み立てが行われており、5月末に正式に稼働する予定です。グラフェンの大量生産技術におけるこのエキサイティングな新しいブレークスルーのために、Ying Mengは、それが新しい工業化の開発のための巨大なスペースをもたらすと感じています。

5〜30分の破壊

リチウム電池充電のボトルネックを解消し、電気自動車に革命を起こす

充電にはわずか5時間で500キロかかることがあります。今年の初めに、中国でのTrasのリストは、電気自動車の分野で革命を引き起こした「冬の火事」と表現することができます。

バッテリー技術は大きく前進しましたが、しばらく走って5時間充電するコツはまだあります。長い充電時間は、リチウム電池にとって依然として克服できないギャップです。自動車の未来の方向性とされている電気自動車は、このボトルネックの問題を解決することができず、長年にわたって推進の道を歩んでいます。

「このドアはグラフェンによって開かれます。」多くの業界専門家と同様に、YingMengはエネルギー分野でのグラフェンの応用について非常に楽観的です。同社の研究チームは、グラフェンベースのスーパーキャパシタとバッテリーの開発に取り組んでいます。グラフェンバッテリーが利用可能になると、バッテリー容量が1.5倍になり、充電時間が数十分になると予想されます。バッテリーの代わりにグラフェンベースのスーパーキャパシターを使用すると、充電と放電の時間を数秒と短くすることができます。

「これは、将来の電気自動車の充電が給油時間よりも短いことを意味し、電気自動車の分野に破壊的な革命をもたらすでしょう。」 Ying Meng氏は、現在、グラフェンベースのコンデンサー電池の生産ラインを敷設していると語った。これは、今年12月末に正式に稼働する予定である。

唐山建華工業団地の生産拠点で、記者はグラフェンの「魔法」を体験しました。これはグラファイトと同じ供給源ですが、私たちが通常目にする鉛筆の芯からはほど遠いものです。グラフェンマイクロチップは綿に似ています。フラップとライトのように薄い黒いフロックは、わずか180グラムで50リットルの容量を持つ白いプラスチックのバケツにしか満たすことができません。

Ying Meng氏は、グラフェンバッテリーの充電速度と放電速度が速く、エネルギー貯蔵量が多いのは、グラフェン材料の高い比表面積と高い導電率を利用するためであると説明しました。グラフェン材料の導電率は銅の10〜100倍です。従来のリチウム電池は、急速に充電・放電すると必然的に電流が増加し、電流によって電池が熱くなり、寿命が短くなり、爆発することもあります。グラフェンを使用してリチウム電池の正および負の材料にグラフェンを追加することで、この欠点を解決することが期待されます。

Ying Mengは、リチウム電池の動作プロセスは、リチウムイオンが正極から負極に振動するプロセスであると説明しました。正極材料にグラフェンを添加すると、正極材料の導電性が向上し、電池の放電速度が上がり、電池の充放電速度が速くなります。負極材料にグラフェンを追加すると、リチウムイオンを収容する容量を増やし、貯蔵容量を増やすことができます。

「グラフェンのセンセーションは、多くの記録を生み出してきたからです。グラフェンの神秘的な専門性は、人々をその応用についての幻想でいっぱいにします。」 Ying Mengは、グラフェンは依然として世界で最も薄く、最も強い材料であると説明しています。わずか0.34nmの厚さで、グラフェンの200,000層の厚さは、髪の毛の直径とほぼ同じです。ダイヤモンドよりも硬く、世界最高の鋼の100倍の強度があります。ほぼ完全に透明で、光透過率が97％以上あり、新世代の高性能電子機器の製造に期待されています。

現在、同社の約40人のチームがグラフェン下流産業チェーンの開発と応用に取り組んでおり、同時に10以上の製品があります。報告によると、グラフェンは、エレクトロニクス、航空宇宙、軍事、新エネルギー、新素材などの分野で比類のない可能性を秘めています。グラフェンの優れた電気的特性により、シリコンに取って代わる可能性のある新素材になります。超マイクロトランジスタ。将来的には、コンピューターの速度は10倍から100倍になると予想されています。その軽くて丈夫な特性は、超軽量のボディアーマーと超軽量の航空機材料を作るための最初の選択肢です。ナノテクノロジーを使用して、グラフェンをDNAセンサーにすることができます。 DNA鎖の回転と位置構造を検出するために使用され、ゲノムシーケンシング技術の新しい道を切り開きます。グラフェンは、細胞に損傷を与えることなく滅菌しながら、抗菌材料にすることもできます。

1〜500トンのブレークスルー

グラファイトシートはグラフェンマイクロチップを剥がし、工業化を打ち負かします

今年の3月上旬、広東省に初めて電池会社との協力について話し合いました。 Ying Mengは、180グラムのグラフェンマイクロチップサンプルのバレルのみを使用して、何の努力もせずに協力の扉を開きました。バレルのサンプルを見たとき、広東の担当者は当時「唖然」でした。 Ying Mengが紹介するのを待たず、協力を求めました。

「1グラム単位の実験室と比較すると、このバレルサンプルは間違いなく天文学的なものです。大規模な生産能力は、両者の協力を促進する最も重要な要素です。」 Ying Mengは、「高品質で低コストのマクロ製造プロセスが、現在の工業化とグラフェンの応用分野への参入の鍵である」と考えています。

現在、Jianhua Industrial Groupのグラフェンの年間生産量は50万グラムに達し、年間生産量100トンのグラフェン生産ラインも5月末に生産を開始する予定です。パフォーマンスは業界でも最高です。同時に、年間生産量500トンの同社第2期生産ラインは、生産工程の設計作業を完了しており、年内に曹妃甸での建設を開始する予定です。

では、どのようにしてグラファイトがグラフェンになるのでしょうか？ 「グラファイトシートと層の間の力が弱いため、一般的なグラフェンのほとんどがグラファイトシートから剥がれます。」 Meng Ying氏は、グラフェンをテープで突き出す方法は明らかに工業生産には適していない、と述べました。現在、化学蒸着法、レドックス法、熱分解炭化ケイ素法などのグラフェンバッチ製造技術が主流ですが、工業生産が可能な企業は世界でも数社しかありません。

グラフェンを知っているYingMengは、2009年の初めから、既存の調製技術がエネルギーを生成しない理由を突き止めようとしています。数年の研究を経て、彼のチームはレドックス法に基づく独自のアプローチを行い、既存の準備技術を変更し、独立した知的財産権を持つ生産技術と設備を設計し、大量生産を実現しました。

彼はA4紙をちらりと見て、「グラファイトブロックはこのちりめん紙のような層状構造になっています。前の処理方法の後、紙と紙の間の距離を広げることができますが、各紙も近くなります上層と下層の紙で、一枚の紙からはがしにくいものもあり、結ばれているものもあれば、撚り合わされているものもあり、5以下のマイクロチップを形成する可能性は低いです。 。」

根本原因が見つかると、問題は解決されます。 「重要なのは、各紙を紙から均等に広げることです。」 Ying Meng氏によると、元の方法がナイフで切ることである場合、新しいプロセスは、各紙の間に爆発物を置くようなものです。 「すべての「ダイナマイト」が同時に機能するため、1枚の紙が均等に揚げられて散らばった紙になります。

「ブラストされた紙が近すぎると、再結合するため、廃棄されます。」 Ying Mengは、この問題は化学的および物理的方法で解決できるため、小さな紙片はそれぞれ再結合を失うと述べました。パフォーマンス、独立した個人になり、近づいても再会することはできません。

この点で、Ying Meng氏は次のように感じています。「非常にシンプルに聞こえます。1グラムから500トンへの生産の飛躍的進歩を達成するために、当社の調光プロセスは5年間で8世代に更新されました。より良い階層化を実現したいと考えています。プロセスの各ステップに含まれる効果、材料の選択、機器の設定は、シェノンが草を味わったように何百回もテストされます。」

800元から25元への削減

金の価格からキャベツの価格まで、それはまだ金の品質を保持しています。

「私たちがしなければならないのは、グラフェンを金の価格からキャベツの価格に引き下げようとすることですが、それでも金の品質を維持することです。」 Ying Meng氏は、製造コストを削減することによってのみ、グラフェンはさまざまな分野でより広く使用できると述べました。そうでなければ、グラフェンは工業化されません。 「例えば、グラフェン電池は本当にいいのですが、リチウム電池の数十倍の値段なら、性能が良かったとしても誰が買うのでしょうか？」

「5月末に100トンの生産ラインが完成した後、私たちが生産するグラフェンマイクロチップのコストは25元の1グラムに削減され、1グラムあたり800元の市場価格よりもはるかに低くなります。」 Meng Yingは、コストが大幅に削減され、グラフェンが市場競争に参加するというコスト優位性を持つようになると考えています。

グラフェンのコストをどのように削減できますか？ 「コストの削減は、主に技術の向上によって達成されます。」 Meng Ying氏は、1つの生産ラインを実現できれば、年間数百トンの生産量を達成でき、元の技術的な光学機器はこれだけで数万になると述べました。設備の減価償却費、職員の給与、その他の費用は言うまでもなく、数十億ドルを投資する必要があります。さらに、数万ドルではなく数百ドルの原材料があるため、原材料のスクリーニングもコスト削減に重要な役割を果たします。

彼は例としてテスラの電気自動車で使用されている18650バッテリーを使用しました。グラフェン1グラムあたり25元の計算によると、各バッテリーには約1.2グラムのグラフェンが必要であり、コストは30元です。これは通常のリチウム電池の価格とあまり変わらない。大きい。しかし、グラフェン電池の寿命は10,000倍で、従来の電池の10倍です。従来の10個のバッテリーは1個のグラフェンバッテリーの耐用年数に達することができ、グラフェンバッテリーの価格はより低く計算されます。

「25元はコスト制限に達するにはほど遠い。研究開発の深さが増し、準備プロセスが改善されると、コストはどんどん低くなる。私たちの目標は1グラム以下である。」英孟は地味です。グラフェンの価格が下がるほど需要が大きくなり、需要が増えるという理解も、好循環である産業規模の拡大を促進します。

「コストを削減すると同時に、グラフェンの品質も確保する必要があるため、グラフェン材料の価値が高まります。」 Ying Mengは、比表面積がグラフェン製品の品質を評価するための重要な基準であると説明しました。グラフェンの比表面積が大きいほど、単層率が高いほど品質が向上します。

グラフェンの品質の不安定さは、下流の産業チェーン製品の性能にも影響を及ぼします。たとえば、Ying Meng氏は、次のように述べています。「たとえば、グラフェンのバッチが異なれば、比表面積に大きな違いがあります。グラフェン電池にすると、通常のリチウム電池の1.1倍、1.3倍、さらにはそれ以上の容量になります。電気自動車の性能に影響を与えます。」

「当社の技術で製造されたグラフェンの一次製品の比表面積は1グラムあたり約550平方メートルで、最高のテスト結果は約1000平方メートルに達する可能性があります。」 Ying Meng氏によると、原材料の品質と製造プロセスを管理することにより、同社が製造するグラフェン層の数は5層未満で安定しています。

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