近日三星電子宣布開發(fā)出核心電池技術(shù)，其研究機構(gòu)三星先進技術(shù)研究院(SAIT)成功合成了“石墨烯球”，可將電池容量提高45%，而充電速度提高至現(xiàn)有標準的五倍。在各大新聞的重磅報道下，不明真相的吃瓜群眾就紛紛表示首款石墨烯電池又出世了。來吧，讓我們看看這神乎其神的“石墨烯電池”究竟是怎么回事。

石墨烯因其強大的導電性能而被認為是革命性儲能材料。在新能源汽車領(lǐng)域，“石墨烯電池”概念被反復提及，似乎已成為目前電動汽車電池技術(shù)的突破口。石墨烯技術(shù)電池被稱為是“里程碑式的黑科技”，但是在伴隨這追捧的情況下，爭議的硝煙也從未間斷。處在風口浪尖的“石墨烯電池”到底是概念性的炒作?還是真的會改變世界的黑科技呢?

石墨烯到底是“神馬”?

實際上石墨烯本來就存在于自然界，只是難以剝離出單層結(jié)構(gòu)。石墨烯一層層疊起來就是石墨，厚1毫米的石墨大約包含300萬層石墨烯。鉛筆在紙上輕輕劃過，留下的痕跡就可能是幾層甚至僅僅一層石墨烯。

它是英國曼徹斯特大學的物理學家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫在2004年用膠帶撕石墨“撕”出來的。他們從高定向熱解石墨中剝離出石墨片，然后將薄片的兩面粘在一種特殊的膠帶上，撕開膠帶，就能把石墨片一分為二。不斷地這樣操作，于是薄片越來越薄，最后，他們得到了僅由一層碳原子構(gòu)成的薄片，這就是石墨烯。

圖：物理學家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫

1毫米厚的石墨片大約包含300萬層石墨烯，這種網(wǎng)狀的二維、幾乎完全透明的晶體成為了世界上最薄但是最堅硬的材料。同時，石墨烯具有極好的導電性與導熱性，因此也是目前世界上電阻率最小的材料。

石墨烯電池能夠在最高60攝氏度下保持穩(wěn)定，穩(wěn)定且簡單的物理結(jié)構(gòu)，讓這種材料能夠應(yīng)付更為嚴苛的環(huán)境，不只局限于電視，石墨烯同時也是目前發(fā)現(xiàn)的最薄、強度最大、導電導熱性能最強的一種新型納米材料，石墨烯被稱為“黑金”，是“新材料之王”，科學家甚至預言石墨烯將“徹底改變21世紀”。極有可能掀起一場席卷全球的顛覆性新技術(shù)新產(chǎn)業(yè)革命。

所以，石墨烯瞬間一下子受到各界的青睞。尤其是電動汽車領(lǐng)域，石墨烯電池更被神話為“充電五分鐘，奔跑一千公里”，然而神話就是神話啊~~

三星研究出石墨烯電池?別被字面文字騙了

關(guān)于石墨烯電池的新聞報道現(xiàn)在屢見不鮮，尤其是經(jīng)過各大媒體渲染之后，“首款石墨烯電池”會時不時的出現(xiàn)人們眼前。最近關(guān)于石墨烯電池的大事件當屬于三星研究出石墨烯電池。

27日，三星電子宣布開發(fā)出核心電池技術(shù)，三星先進技術(shù)研究院宣布開發(fā)出一種方法，用硅石來合成像三維爆玉米花一樣的石墨烯，然后將這些石墨烯“球”用作先進鋰離子電池的材料。利用石墨烯延長鋰離子電池續(xù)航時間，并加快充電速度。三星電子表示，其研究機構(gòu)三星先進技術(shù)研究院(SAIT)成功合成了“石墨烯球”，可將電池容量提高45%，而充電速度提高至現(xiàn)有標準的五倍。這種石墨烯電池只需要12分鐘即可充滿電;而現(xiàn)有的鋰離子電池充電需要一個小時左右。

三星科學家展示石墨烯模型

可以看到，在這款電池中，石墨烯并沒有作為電池的正極或負極材料，而僅僅是幫助鋰離子電池續(xù)航，當然，客觀來說，這款電池的性能已經(jīng)很牛逼了，但是跟真正的石墨烯電池相去甚遠。

其實在這之前，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。

l 早在2014年12月初，西方媒體報道，西班牙Graphenano公司和西班牙科爾瓦多大學合作研發(fā)的石墨烯電池，一次充電時間只需8分鐘，可行駛1000公里。它被石墨烯研究者稱做“超級電池”。這種實驗室的研究成果，距離實際商用果然還是太遠。

l 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、美國賓夕法尼亞大學展開持續(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儲能特性，可用作電動車的“超強電池”，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》上。這個消息應(yīng)該是石墨烯“自嗨”的起點，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車。

l 比如華為去年的新聞報道：“華為中央研究院瓦特實驗室宣布，他們在鋰離子電池領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)重大研究突破，推出業(yè)界首個高溫長壽命石墨烯基鋰離子電池，而這個新型耐高溫技術(shù)可以將鋰離子電池上限使用溫度提高 10℃，使用壽命是普通鋰離子電池的 2 倍。”

l 還有在Mate8的發(fā)布會之前，也曾以石墨烯點為宣傳點，造成“發(fā)布會未開，Mate8已火”的盛況。但是后來，在長達兩個半小時的發(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。

“石墨烯電池”不存在

石墨烯在電池領(lǐng)域的應(yīng)用形式，無外乎三種：一是直接作為正/負極材料;二是作為導電添加劑，添加到正/負極電極材料中，或?qū)﹄姌O材料進行復合改性處理，提高電極導電性和充放電倍率;三是作為集流體或集流體涂層，用于提高電池功率特性。

而石墨烯在鋰離子電池上的應(yīng)用主要采取后兩種方式。因為石墨烯直接作為負極材料時，其表面特性容易受外界影響，穩(wěn)定性極差，存在首次效率低下等問題，難以滿足鋰離子電池性能需求。

石墨烯材料與傳統(tǒng)電池材料混合，能夠顯著提升電池充放電、循環(huán)壽命等，它也成為動力電池企業(yè)在新一輪市場競爭中的制勝點。不可否認，石墨烯應(yīng)用工藝創(chuàng)新、研發(fā)，一直是制約我國電池相關(guān)行業(yè)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級的難題。

縱觀全國石墨烯產(chǎn)業(yè)，將石墨烯作為基礎(chǔ)材料添加到現(xiàn)有各類電池材料中，已成為國內(nèi)各主流電池企業(yè)的普遍做法。

為什么說石墨烯電池炒作大于實用?

不難發(fā)現(xiàn)，在很多百科以及專業(yè)的電池門戶網(wǎng)站上，很難找到關(guān)于石墨烯電池的詳細介紹。缺乏很多必要的技術(shù)參數(shù)，如能量密度、電壓、循環(huán)壽命等。對于電池來說，一個連基本結(jié)構(gòu)都沒有明確定義的電池，鋪天蓋地的新聞又怎能讓人相信呢?新聞越多，會不會是“石墨烯電池”不靠譜的佐證呢?

那么石墨烯電池為何如一只困籠之獸呢?目前來看，采用石墨烯電池作為材料，還有很多內(nèi)在與外在的問題急需解決：

1.成本無法接受。傳統(tǒng)導電炭黑和石墨都是論噸賣的，而石墨烯是論克賣，不知道猴年馬月才能降到與電炭黑和石墨相近的價格，即便是按照某些媒體報道的石墨烯降低到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，它的價格也是我們這些“窮”人無法接受的。

2、工藝不兼容。石墨烯表面積過大，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)工藝會是一個巨大的工程，而此時又沒有性能指標突破性進步帶來的足夠的利潤空間驅(qū)動，加之石墨烯表面特性受化學狀態(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。

3、如果石墨烯做負極(取代理論容量360mAh/g的石墨)：理論上最多是石墨負極兩倍的容量(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。

所以“石墨烯電池”本來就是摻了點石墨烯的鋰離子/鉛酸電池，不存在替代問題，因為這個技術(shù)壓根就是“只可遠觀不可褻玩焉”!

量產(chǎn)之路，道阻且長

石墨烯材料從實驗室到工程化應(yīng)用，再到商業(yè)化，還有很長的路要走，更需要做好石墨烯及其改性材料在工業(yè)產(chǎn)品中的首批次示范應(yīng)用。

就目前來看，石墨烯電池無論是在先天性、技術(shù)方面、外在因素上，都或多或至少的存在著劣勢，至少在目前來看，石墨烯電池應(yīng)用在實際場景中，還需要很長的路要走。

電池技術(shù)發(fā)展的確比較緩慢，這需要我們大家一起踏實把事情做好，而不是天天指著滿天飛的噱頭來解決生活中的問題。面對中國現(xiàn)在石墨烯產(chǎn)品跟我國電池產(chǎn)品一樣，量大而質(zhì)拙。而到真正的石墨烯電池，我們可能還要有十年甚至更久的路走。用一個未來才會民用的東西，現(xiàn)在就宣稱量產(chǎn)來圈錢，雖然出發(fā)點是好的，但并不利于我國電池行業(yè)的扎實發(fā)展。我們或許應(yīng)該好好學習下日本做電池的那種匠人精神。

小結(jié)

石墨烯電池目前就像一頭困獸，前后夾擊，不過石墨烯電池畢竟是一頭獸，也許什么時候突破了重圍也說不定呢!