石墨烯電池在大眾、媒體的眼中已經(jīng)是“超級電池”般的存在，有了石墨烯電池，我們就可以分分鐘將手機(jī)充滿電，手機(jī)使用時(shí)間壽命也更長等等，這或許是我們最關(guān)心的內(nèi)容了吧？那么，到底什么是石墨烯電池？石墨烯電池什么時(shí)候應(yīng)用？我們一起來探個(gè)究竟。我想，大家在看科技圈新聞的時(shí)候，一定會經(jīng)常看到關(guān)于“石墨烯電池”的新聞?！澳衬称髽I(yè)開發(fā)出石墨烯電池，充電時(shí)間僅原來1/24”、“20秒充滿電，某某企業(yè)搞出了石墨烯快充電池”、“某某企業(yè)公布石墨烯電池，壽命是普通鋰電2倍”等等，看到這些文章，有時(shí)候我們真的相信，石墨烯電池真的就要發(fā)布了。

　　關(guān)于石墨烯電池取得的進(jìn)展不計(jì)其數(shù)，其中不乏聲稱即將開發(fā)出成型產(chǎn)品，甚至已經(jīng)有成型產(chǎn)品，但是隨后就沒有了下文，哪怕是一塊小小的手表電池、手機(jī)電池，哪怕是隨便讓我們見到一個(gè)石墨烯電池成型產(chǎn)品也好，但是，我們見不到。

　　誠然，石墨烯電池在大眾、媒體的眼中已經(jīng)是“超級電池”般的存在，有了石墨烯電池，我們就可以分分鐘將手機(jī)充滿電，手機(jī)使用時(shí)間壽命也更長等等，這或許是我們最關(guān)心的內(nèi)容了吧？那么，到底什么是石墨烯電池？石墨烯電池什么時(shí)候應(yīng)用？我們一起來探個(gè)究竟。

　　石墨烯電池?zé)o數(shù)次面世，又無數(shù)次不見蹤影

　　不過，近日的一條關(guān)于“超級電池”的新聞?dòng)肿岆妱?dòng)車廠家們甚是興奮，各路媒體也是大事宣揚(yáng)，該新聞稱：南京國際節(jié)能與新能源汽車展覽會”上，來自浙江的超威電池宣布，該公司率先將石墨烯材料運(yùn)用于量產(chǎn)電池，這在全球還是獨(dú)一家。不過后來，記者采訪了解到，由于時(shí)速和續(xù)航均超過100公里的主流電動(dòng)汽車，其動(dòng)力電池主流是磷酸鐵鋰電池或鋰離子電池，與低速電動(dòng)車的鉛酸電池是完全不同的技術(shù)路線，因而超威的這款“全球首款石墨烯電池”并不能應(yīng)用于主流電動(dòng)汽車。

　　我們知道，現(xiàn)階段的電動(dòng)車都還是以鋰電池為主，包括三元鋰、磷酸鐵鋰、錳酸鐵鋰等等各種鋰電池，各廠家也都是在成本、續(xù)航、充電時(shí)間等方面尋找一個(gè)平衡，國家也在政策等形式上鼓勵(lì)企業(yè)進(jìn)行創(chuàng)新，即便如此，現(xiàn)階段的電動(dòng)車，無論是在續(xù)航里程還是充電時(shí)間、亦或者充電基礎(chǔ)設(shè)施方面，都很難滿足消費(fèi)者的實(shí)際需求，導(dǎo)致電動(dòng)車的銷量遲遲不能快速上升，也不能與傳統(tǒng)汽車正面競爭。

　　其實(shí)在這之前，關(guān)于”石墨烯-超級電池”類似這種噱頭十足的研究成果的新聞也不少見。

　　比如國內(nèi)的華為，在去年底的Mate8的發(fā)布會之前，也曾以石墨烯點(diǎn)為宣傳點(diǎn)，造成“發(fā)布會未開，Mate8已火”的盛況。但是后來，在長達(dá)兩個(gè)半小時(shí)的發(fā)布會中，華為只字未提“石墨烯”，只是提到了超長續(xù)航、快速充電而已，以致于許多人大呼被騙了。

　　還有在15年12月份，中科院上海硅酸鹽研究所發(fā)布消息稱，該所聯(lián)合北京大學(xué)、美國賓夕法尼亞大學(xué)展開持續(xù)攻關(guān)，已研制出一種高性能超級電容器電極材料——氮摻雜有序介孔石墨烯，該材料具有極佳的電化學(xué)儲能特性，可用作電動(dòng)車的“超強(qiáng)電池”，充電只需7秒鐘，即可續(xù)航35公里，相關(guān)研究成果已于12月18日發(fā)表在世界頂級期刊《科學(xué)》上。而現(xiàn)在已經(jīng)馬上到2017年了，我們還沒有見到一輛石墨烯電池車動(dòng)車。

　　還有在更早的2014年12月初，西方媒體報(bào)道，西班牙Graphenano公司和西班牙科爾瓦多大學(xué)合作研發(fā)的石墨烯電池，一次充電時(shí)間只需8分鐘，可行駛1000公里。它被石墨烯研究者稱做“超級電池”。這種實(shí)驗(yàn)室的研究成果，距離實(shí)際商用果然還是太遠(yuǎn)。

　　被寄予厚望的石墨烯電池 究竟是快充還是電容？

　　通過查閱資料我們發(fā)現(xiàn)，無論是在百度百科或者維基百科，都沒有對石墨烯電池有一個(gè)清晰的定義。在百度百科中，大家會發(fā)現(xiàn)該詞條中并沒有對于該電池的反應(yīng)機(jī)理的細(xì)致說明，其中主要的信息集中于石墨烯薄膜、石墨烯快充放電容器、以及各種各樣的新聞、專家的對石墨烯電池前景的看好等等，這些顯然不能讓我們理解什么是石墨烯電池。

　　根據(jù)美國Graphene-info這個(gè)比較權(quán)威的石墨烯網(wǎng)站的介紹，“石墨烯電池”的定義是在電極材料中添加了石墨烯材料的電池，而這樣解釋，顯然是誤導(dǎo)觀眾。

　　我們摘錄知乎用戶@土豆泥同學(xué)的一篇關(guān)于石墨烯的文章片段，其中對于“石墨烯”電池的定義介紹如下：

　　“根據(jù)經(jīng)典的電化學(xué)命名法，一般智能手機(jī)使用的鋰離子電池應(yīng)該命名為“鈷酸鋰-石墨電池”。之所以稱為“鋰離子電池”，是因?yàn)镾ONY在1991年將鋰離子電池投放市場的時(shí)候，考慮到經(jīng)典命名法太過復(fù)雜一般人記不住，并且充放電過程是通過鋰離子的遷移來實(shí)現(xiàn)的，體系中并不含金屬鋰，因此就稱為“Lithium ion battery”。最終“鋰離子電池”這個(gè)名稱被全世界廣泛接受。

　　目前，幾乎所有的商品鋰離子電池都采用石墨類負(fù)極材料，在負(fù)極性能相似的情況下，鋰離子電池的性能很大程度上取決于正極材料，所以現(xiàn)在鋰離子電池也有按照正極來稱呼的習(xí)慣。比如，磷酸鐵鋰電池、鈷酸鋰電池、錳酸鋰電池、三元電池等，都是針對正極而言的?！?/p>

　　從上文我們可以發(fā)現(xiàn)，在電池中，以主要作用的成分（磷酸鐵鋰鋰電池）、機(jī)理（液流電池等）來命名是一般通用的規(guī)則，如此來看 “石墨烯電池”呢？

　　實(shí)際上，科研界的人對于“石墨烯電池”的相關(guān)研究已經(jīng)很多。但是如果細(xì)心分析，就會發(fā)現(xiàn)，其實(shí)其中很大部分做的是超級電容：在此時(shí)，可以通過控制石墨烯的氧化狀態(tài)等特性，利用其做成電極材料，基于其很大的比表面積的特性來實(shí)現(xiàn)快速的電化學(xué)反應(yīng)，即大家耳熟能詳?shù)摹翱焖俪浞拧薄?/p>

　　在大多數(shù)新聞中，我們看到關(guān)于石墨烯電池的信息多是快速充放，但是快速?zèng)_放又不同于電池容量，很少有說能將石墨烯電池容/能量明顯增加的。這主要是因?yàn)椋┑谋菊魈匦裕ǘS納米材料、高比表面積）決定了其在超級電容中應(yīng)用的希望比在鋰離子電池中要大一些。而超級電容器一般來說，功率密度高于鋰離子電池可以實(shí)現(xiàn)快充放無誤，但是其能量密度（1-20Wh/kg）遠(yuǎn)低于一般鋰離子電池（100-220Wh/kg），通俗的說就是如果你用超級電容做電動(dòng)汽車，充電很快，但是續(xù)航里程數(shù)會讓你感覺坑爹。

　　從上可見，即使是應(yīng)用石墨烯相對靠譜一點(diǎn)的電容領(lǐng)域，在理論上其仍然存在能量密度不足這樣的硬傷，聲稱石墨烯電池、電容可以容量提高30%以上的信息可信度都極低，他們不敢將反應(yīng)機(jī)理，具體數(shù)據(jù)、產(chǎn)品實(shí)測分析結(jié)果公之于眾，不敢將它們交給大眾檢驗(yàn)。

　　為什么說石墨烯電池噱頭大于實(shí)用？

　　我們看到，在百科以及許多專業(yè)的電池網(wǎng)站上，很難找到關(guān)于石墨烯電池的結(jié)構(gòu)、反應(yīng)機(jī)理示意圖，并且缺乏具體的能量密度、電壓、循環(huán)壽命等具體的技術(shù)參數(shù)，對于電池工業(yè)來說，一個(gè)連基本結(jié)構(gòu)等信息都沒有明確定義的電池，報(bào)道出來的新聞怎能讓讓相信呢？缺乏最基本的可信度，虛假夸大宣傳的可能性極大。這么多年的新聞，或許就是“石墨烯電池”不靠譜的佐證。除此之外，石墨烯真的就沒有前途了嗎？

　　無在目前來看，采用石墨烯作為電池材料，仍舊有許多內(nèi)在以及外在的問題噬需解決，這些問題讓石墨烯電池猶如一頭困獸，至少從目前的科技水平來看是這樣的。

　　1、成本問題。傳統(tǒng)導(dǎo)電炭黑和石墨都是論噸賣的，而目前，石墨烯是論克賣，不知什么時(shí)候才能降到與電炭黑和石墨相近的價(jià)格，即便是按照某些媒體報(bào)道的石墨烯降低到3元/克，換算成噸也要300萬元/噸。再退一步講，就算“超級電池”真的能制造出來，它的價(jià)格也是我們普通用戶無法接受的。

　　2、工藝不兼容。石墨烯比表面積過大，會對現(xiàn)有鋰離子電池的分散均漿等工序帶來一大堆工藝問題。如果電池廠調(diào)工藝會是一個(gè)巨大的工程，而此時(shí)又沒有性能指標(biāo)突破性進(jìn)步帶來的足夠的利潤空間驅(qū)動(dòng)，加之石墨烯表面特性受化學(xué)狀態(tài)影響巨大，批次穩(wěn)定性，循環(huán)壽命等等都有很多問題，目前來看無法滿足生產(chǎn)中遇到的一堆問題。

　　即使以上問題都得到了解決，還有下面的問題存在。

　　3、如果石墨烯做負(fù)極（取代理論容量360mAh/g的石墨）：理論上最多是石墨負(fù)極兩倍的容量（720mAh/g），效率太低，且性能受表面狀態(tài)影響極大，反觀硅，它的理論容量近石墨的10倍，且在抑制粉化開裂方面這幾年來已經(jīng)有了很多科研和工業(yè)等級的成果。

　　硅負(fù)極這兩年受到了各大電池廠商的重視，其中領(lǐng)軍企業(yè)松下的4Ah18650電池就已經(jīng)開始使用硅/碳復(fù)合材料負(fù)極，只是目前硅負(fù)極材料的循環(huán)壽命還不是足夠的理想，因此還主要針對消費(fèi)電子市場用途?？梢哉f，硅的實(shí)用性比石墨要好上不少。

　　4、外在因素。假如，快速充放的石墨烯電池成功應(yīng)用市場，至少得有滿足配置的充電樁吧？我們拿以上中科院發(fā)布的“只需7秒鐘，即可續(xù)航35公里”的石墨烯電池舉例說明：在滿電理論續(xù)航里程480公里上下的特斯拉Model S，電池容量為85千瓦時(shí)，可在快速充電條件下一小時(shí)充滿，充電樁的直流輸出為125千瓦時(shí)，換句話說就是每小時(shí)耗電125度。

　　假如將其電池全部換為石墨烯電池，按照“充電7秒鐘續(xù)航35公里”來計(jì)算，這個(gè)時(shí)間甚至不比普通汽車加油耗時(shí)慢。1小時(shí)將特斯拉Model S充滿電，充電樁輸出是125千瓦時(shí)；96秒將特斯拉Model S充滿電，充電樁的輸出就是3600÷96×125=4687.5千瓦時(shí)，即1小時(shí)耗電4687.5度，在不計(jì)損耗下，充電樁充一小時(shí)就要耗費(fèi)4687.5度電！一個(gè)充電樁一個(gè)小時(shí)耗費(fèi)4687.5度電，假如中國各地都安裝了充電樁，充電時(shí)的電量下降不知會有多快！恐怕地球的資源都用起來都不夠汽車充電的吧。