談?wù)勅A為石墨烯電池 為什么無(wú)法顛覆電池技術(shù)

　　石墨烯應(yīng)用在鋰離子電池、超級(jí)電容器、鋰硫電池、燃料電池到太陽(yáng)能電池，屢見(jiàn)技術(shù)突破也已經(jīng)是不爭(zhēng)的事實(shí)，那為何迄今在市面上還看不到實(shí)用的商品？

　　按理講，石墨烯目前是世上最薄卻也是最堅(jiān)硬的納米材料，常溫下其電子遷移率超過(guò)15000cm2/Vs，又比納米碳管或硅晶體高，而電阻率只有10E-8Ωm，比銅或銀更低，為世上電阻率最小的材料，應(yīng)用其優(yōu)異特性應(yīng)該是有所作為吧？

　　很抱歉，事情并沒(méi)有那幺順利。在回答石墨烯怎幺突破現(xiàn)狀讓能源商品及早上市前，我這次換個(gè)方式先來(lái)澄清某些對(duì)石墨烯應(yīng)用于能源的誤解。

　　第一，石墨烯電池充電10分鐘跑1，000公里做得到嗎？目前做不到。

　　第二，石墨烯在鋰離子電池最可能發(fā)揮作用的領(lǐng)域只有兩個(gè)：直接用于負(fù)極材料和用于導(dǎo)電添加劑

　　第三，石墨烯在超級(jí)電容中最有可能發(fā)揮作用的特性有哪些？

? ? ? ? 1.表面積大，有利于產(chǎn)生高能量密度；

　　2.超高導(dǎo)電性，有利于保持高功率密度；

　　3.化學(xué)結(jié)構(gòu)豐富有利于引入贗電容，提高能量密度；

　　4.特殊的電子結(jié)構(gòu)可優(yōu)化結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系。

　　第四，理論計(jì)算表明，如果采用單層石墨烯，其H2吸附量可達(dá)7.7wt%，完全能滿足美國(guó)能源部（MOE）對(duì)汽車(chē)所需氫能的要求（6wt%）。

　　第五，中車(chē)的石墨烯超級(jí)電容，并沒(méi)有超出目前技術(shù)水平太多。一般的18650電池容量能做到3100mAh左右，這樣算下來(lái)能量密度大約在700Wh/L，超級(jí)電容沒(méi)有做到200kw/kg就沒(méi)有機(jī)會(huì)取代鋰電池。

　　第六，根本就沒(méi)有所謂的“石墨烯電池”嗎？所謂石墨烯電池并非整個(gè)電池都用石墨烯材料制作，而是在電池的電極使用石墨烯材料，所以稱(chēng)為“石墨烯電池”并不恰當(dāng)。

　　在沒(méi)進(jìn)入主題針對(duì)石墨烯應(yīng)用于各類(lèi)能源產(chǎn)品前，我們先回顧中國(guó)在石墨烯鋰電池的“舊聞”～2015年上市的一款名為開(kāi)拓者α的手機(jī)，就采用由中國(guó)科學(xué)院重慶綠色智慧技術(shù)研究院和中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所開(kāi)發(fā)的石墨烯觸摸屏、電池和導(dǎo)熱膜等新材料，手機(jī)觸控屏幕不偏色不泛黃，色彩真實(shí)、純凈，通透性也比傳統(tǒng)屏幕好，手機(jī)充電速率提高了40%，電池壽命延長(zhǎng)了50%，電池的能量密度也增加10%。

　　從這可以看出，采用石墨烯材料的電極雖然大幅提升了電池壽命和電池充電速度，但因石墨烯材料本身具有的高比表面積等性質(zhì)，與現(xiàn)在的鋰離子電池工業(yè)的技術(shù)體系無(wú)法兼容，能量密度并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)理論上的翻倍，僅僅提升了10%。

　　的確，目前聲稱(chēng)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，因?yàn)橐粺o(wú)反應(yīng)機(jī)理，二無(wú)具體數(shù)據(jù)，叁無(wú)產(chǎn)品實(shí)測(cè)分析結(jié)果。但我們只看到能量密度無(wú)法翻倍的現(xiàn)象，就斷言是比表面積等性質(zhì)與現(xiàn)有技術(shù)體系「無(wú)法兼容」也未免太過(guò)武斷。真正追究起來(lái)還是回到我前面一篇文章提到的，氧化還塬法的石墨烯材料只有二叁種，但我們已經(jīng)有超過(guò)200種以上組合包括：孔隙型粉末及薄片型粉末，會(huì)用甚幺方式來(lái)改進(jìn)鋰電池呢？切記，鋰離子電池是「系統(tǒng)」解決方案，不能從單一部件拆開(kāi)來(lái)思考。

　　我還是看好超級(jí)電容能取代鋰離子電池，但誰(shuí)知道呢？我們正朝把超級(jí)電容的能量密度提高到接近鋰離子電池而努力，但鋰離子電池產(chǎn)業(yè)也不是一朝一夕就建成的，兩者性能的提升都有其正面意義的。

　　最近半年有專(zhuān)家提到幾個(gè)原因使石墨烯應(yīng)用在鋰離子電池應(yīng)用變得困難，包括：

　　a、成本問(wèn)題。傳統(tǒng)導(dǎo)電炭黑和石墨都是論噸賣(mài)的（一噸幾萬(wàn)元），論克賣(mài)的石墨烯哪天能降到這個(gè)價(jià)？此時(shí)使用的材料就是石墨微片（可能有幾十層），根本不是單層或數(shù)層的石墨烯。

　　b、工藝特性不兼容。就是石墨烯比表面積過(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。

　　c、如果石墨烯做負(fù)極理論上最多是石墨負(fù)極兩倍的容量（720mAh/g），為什么不用硅？

　　d、石墨烯是可以做導(dǎo)電劑促進(jìn)快充放，理論上可以提高倍率性能，且石墨烯如果把它展開(kāi)與電極活性物質(zhì)復(fù)合，會(huì)堵塞鋰離子擴(kuò)散的通道。

　　石墨烯不會(huì)單獨(dú)存在，必須以復(fù)合材料的型態(tài)出現(xiàn)，即使是正極、負(fù)極及隔膜也是這樣。

　　我常說(shuō)“坐而言、不如起而行”，以下是我對(duì)石墨烯應(yīng)用在能源的看法：

　　第一，石墨烯作為重要的新材料，在智能手機(jī)、新型顯示、鋰離子電池、太陽(yáng)能光伏等電子信息行業(yè)多個(gè)重要領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊，當(dāng)前石墨烯材料仍處于產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用初期，在上述領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用仍需開(kāi)展大量工作。

　　第二，石墨烯材料在新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的大規(guī)模應(yīng)用，應(yīng)與下游需求緊密結(jié)合，注重材料研發(fā)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制備工藝等環(huán)節(jié)的統(tǒng)籌謀劃，構(gòu)建產(chǎn)業(yè)生態(tài)新模式，打造需求牽引、同步研發(fā)、緊密耦合的產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式，推動(dòng)石墨烯材料在新一代能源技術(shù)領(lǐng)域中盡早應(yīng)用。

　　小編總結(jié)：石墨烯只用于散熱而已，實(shí)際上它的應(yīng)用本身沒(méi)有突破，如果不是華為搞出來(lái)的，大家可能都不會(huì)理睬。大家應(yīng)該十年之后再來(lái)談這件事，否則就會(huì)像當(dāng)年的富勒烯一樣，（富勒烯是什么自己去查）。