我想，大家在看科技圈新聞的時(shí)候，一定會(huì)經(jīng)?？吹疥P(guān)于“石墨烯電池”的新聞。“某某企業(yè)開(kāi)發(fā)出石墨烯電池，充電時(shí)間僅原來(lái)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(kāi)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(méi)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(jiàn)到一個(gè)石墨烯電池成型產(chǎn)品也好，但是，我們見(jiàn)不到。

誠(chéng)然，石墨烯電池在大眾、媒體的眼中已經(jīng)是“超級(jí)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(zhǎng)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(lái)探個(gè)究竟。

石墨烯電池?zé)o數(shù)次面世,又無(wú)數(shù)次不見(jiàn)蹤影

關(guān)于石墨烯電池的新聞報(bào)道在屢見(jiàn)不鮮，尤其是經(jīng)過(guò)媒體渲染之后，“首款石墨烯電池”會(huì)時(shí)不時(shí)的出現(xiàn)人們眼前。最近關(guān)于石墨烯電池的大事件當(dāng)屬于華為發(fā)布的石墨烯基鋰電子電池，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。其實(shí)華為并沒(méi)有自己表示研發(fā)的就是鋰電池，先看看華為的新聞報(bào)道：

“華為中央研究院瓦特實(shí)驗(yàn)室宣布，他們?cè)阡囯x子電池領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)重大研究突破，推出業(yè)界首個(gè)高溫長(zhǎng)壽命石墨烯基鋰離子電池，而這個(gè)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?！?/p>

可以看到，在這款電池中，石墨烯并沒(méi)有作為電池的正極或負(fù)極材料，而僅僅是散熱材料，當(dāng)然，客觀來(lái)說(shuō)，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(yuǎn)。

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

比如國(guó)內(nèi)的華為，在去年底的Mate8的發(fā)布會(huì)之前，也曾以石墨烯點(diǎn)為宣傳點(diǎn)，造成“發(fā)布會(huì)未開(kāi)，Mate8已火”的盛況。但是后來(lái)，在長(zhǎng)達(dá)兩個(gè)半小時(shí)的發(fā)布會(huì)中，華為只字未提“石墨烯”，只是提到了超長(zhǎng)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(guó)賓夕法尼亞大學(xué)展開(kāi)持續(xù)攻關(guān)，已研制出一種高性能超級(jí)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(chǔ)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(jí)期刊《科學(xué)》上。而現(xiàn)在已經(jīng)馬上到2017年了，我們還沒(méi)有見(jiàn)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(jí)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(guò)查閱資料我們發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是在百度百科或者維基百科，都沒(méi)有對(duì)石墨烯電池有一個(gè)清晰的定義。在百度百科中，大家會(huì)發(fā)現(xiàn)該詞條中并沒(méi)有對(duì)于該電池的反應(yīng)機(jī)理的細(xì)致說(shuō)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(duì)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(guó)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(duì)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(chǎng)的時(shí)候，考慮到經(jīng)典命名法太過(guò)復(fù)雜一般人記不住，并且充放電過(guò)程是通過(guò)鋰離子的遷移來(lái)實(shí)現(xiàn)的，體系中并不含金屬鋰，因此就稱為“Lithiumionbattery”。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(lái)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(duì)正極而言的。”

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(lái)命名是一般通用的規(guī)則，如此來(lái)看“石墨烯電池”呢?

實(shí)際上，科研界的人對(duì)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(huì)發(fā)現(xiàn)，其實(shí)其中很大部分做的是超級(jí)電容：在此時(shí)，可以通過(guò)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(lái)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(shuō)能將石墨烯電池容/能量明顯增加的。這主要是因?yàn)?，石墨烯的本征特?二維納米材料、高比表面積)決定了其在超級(jí)電容中應(yīng)用的希望比在鋰離子電池中要大一些。而超級(jí)電容器一般來(lái)說(shuō)，功率密度高于鋰離子電池可以實(shí)現(xiàn)快充放無(wú)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(shuō)就是如果你用超級(jí)電容做電動(dòng)汽車，充電很快，但是續(xù)航里程數(shù)會(huì)讓你感覺(jué)坑爹。

從上可見(jiàn)，即使是應(yīng)用石墨烯相對(duì)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(cè)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(shuō)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(duì)于電池工業(yè)來(lái)說(shuō)，一個(gè)連基本結(jié)構(gòu)等信息都沒(méi)有明確定義的電池，報(bào)道出來(lái)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(méi)有前途了嗎?

無(wú)在目前來(lái)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(wèn)題噬需解決，這些問(wèn)題讓石墨烯電池猶如一頭困獸，至少?gòu)哪壳暗目萍妓絹?lái)看是這樣的。

1、成本問(wèn)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(wàn)元/噸。再退一步講，就算“超級(jí)電池”真的能制造出來(lái)，它的價(jià)格也是我們普通用戶無(wú)法接受的。

2、工藝不兼容。石墨烯比表面積過(guò)大，會(huì)對(duì)現(xiàn)有鋰離子電池的分散均漿等工序帶來(lái)一大堆工藝問(wèn)題。如果電池廠調(diào)工藝會(huì)是一個(gè)巨大的工程，而此時(shí)又沒(méi)有性能指標(biāo)突破性進(jìn)步帶來(lái)的足夠的利潤(rùn)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(wèn)題，目前來(lái)看無(wú)法滿足生產(chǎn)中遇到的一堆問(wèn)題。

即使以上問(wèn)題都得到了解決，還有下面的問(wèn)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(kāi)裂方面這幾年來(lái)已經(jīng)有了很多科研和工業(yè)等級(jí)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(kāi)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(duì)消費(fèi)電子市場(chǎng)用途?？梢哉f(shuō)，硅的實(shí)用性比石墨要好上不少。

就目前來(lái)看，石墨烯電池?zé)o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(shì)，至少在目前來(lái)看，石墨烯電池應(yīng)用在實(shí)際場(chǎng)景中，還需要很長(zhǎng)的路要走。石墨烯電池目前就像一頭困獸，前后夾擊，不過(guò)石墨烯電池畢竟是一頭獸，也許什么時(shí)候突破了重圍也說(shuō)不定呢!