多年以前,马斯克曾在采访中说:“我们的电池应该被称为镍-石墨电池,因为阴极主要是镍,而阳极主要是石墨,里头只有一点锂,就像沙拉上的盐一样。”
石墨有着“黑金”的美誉,作为碳的同素异形体,凭借其独特的原子排列,展现出了优异的物理和化学特性,诸如耐高温、润滑、可塑,以及良好的导电和导热性能。许多人初次接触石墨,可能还是在小学用铅笔写字的时候,但如今,石墨的应用范围,已经远远超出了传统的书写工具。
锂电池阳极的绝大部分(95%)由石墨构成。小到手机、笔记本电脑,大到新能源汽车与电网储能系统,石墨都是不可或缺的材料。每一千瓦时(kWh)的电池能容量,大约需要消耗1公斤的石墨。据此推算,一辆标准的电动汽车大约需要50至100公斤的石墨,这一数量几乎是所需锂元素的两倍,且占据了电池总质量近三分之一的比例。
不止是锂电池,石墨也在核能产业中发挥着不可替代的作用。它常被用作中子减速剂和反射材料,得益于其优秀的中子慢化性能,成为了核反应堆设计中的重要组件。
而在钢铁行业,石墨被广泛用作电弧炉(Electric Arc Furnace, EAF)的电极,电流通过石墨电极形成热弧将废钢熔化。弧区的温度通常超过3000摄氏度,接近太阳表面温度的一半,石墨是唯一能够在如此极端的高温中依然保持稳定的商用材料。相较于传统的高炉-转炉炼钢(Blast Furnace- Basic Oxygen Furnace, BF-BOF)流程,电炉炼钢的碳排放降低了约75%,吨钢能耗降低了50%以上。
在全球减碳压力不断加剧,汽车产业逐步向新能源方向转型的大背景下,石墨的战略价值日益凸显,得到了各国政府的高度关注。