Graphene batteries
來源：烯碳資訊
石墨烯電池在大眾、媒體的眼中已經是「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充滿電，手機使用時間壽命也更長等等，這或許是我們最關心的內容了吧? 那麼，到底什麼是石墨烯電池? 石墨烯電池什麼時候應用? 我們一起來探個究竟。
我想，大家在看科技領域新聞的時候，一定會經常看到關於「石墨烯電池」的新聞。「某某企業開發出石墨烯電池，充電時間僅原來1/24」、「20秒充滿電，某某企業搞出了石墨烯快充電池」、「某某企業公佈石墨烯電池，壽命是普通鋰電2倍」等等，看到這些文章，有時候我們真的相信，石墨烯電池真的就要發佈了。
關於石墨烯電池取得的進展不計其數，其中不乏聲稱即將開發出成型產品，甚至已經有成型產品，但是隨後就沒有了下文，哪怕是一塊小小的手錶電池、手機電池，哪怕是隨便讓我們見到一個石墨烯電池成型產品也好，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充滿電，手機使用時間壽命也更長等等，這或許是我們最關心的內容了吧?那麼，到底什麼是石墨烯電池?石墨烯電池什麼時候應用?我們一起來探個究竟。
石墨烯電池無數次問世,又無數次不見蹤影
關於石墨烯電池的新聞報導在屢見不鮮，尤其是經過媒體渲染之後，「首款石墨烯電池」會時不時的出現人們眼前。
最近關於石墨烯電池的大事件，當屬於華為發佈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。其實華為並沒有自己表示研發的就是鋰電池，先看看華為的新聞報道：
「華為中央研究院瓦特實驗室宣佈，他們在鋰離子電池領域實現重大研究突破，推出業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，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。」
可以看到，在這款電池中，石墨烯並沒有作為電池的正極或負極材料，而僅僅是散熱材料，當然，客觀來說，這款電池的性能已經很牛了，但是跟真正的石墨烯電池相去甚遠。
其實在這之前，關於「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。
比如國內的華為，在去年底的Mate8的發佈會之前，也曾以石墨烯點為宣傳點，造成「發佈會未開，Mate8已火」的盛況。但是後來，在長達兩個半小時的發佈會中，華為只字未提「石墨烯」，只是提到了超長續航、快速充電而已，以致於許多人大呼被騙了。
還有在2015年12月份，對岸中國中科院上海矽酸鹽研究所發佈消息稱，該所聯合北京大學、美國賓夕法尼亞大學展開持續攻關，已研製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，即可續航35公里，相關研究成果已於12月18日發表在世界頂級期刊《科學》上。
而現在已經馬上到2017年了，我們還沒有見到一輛石墨烯電池車動車。
還有在更早的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。
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現，無論是在維基百科或者百度百科，都沒有對石墨烯電池有一個清晰的定義。
在百度百科中，大家會發現該詞條中，並沒有對於該電池的反應機理的細緻說明，其中主要的資訊集中於石墨烯薄膜、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—— 什麼是石墨烯電池。
根據美國Graphene-info，這個比較權威的石墨烯網站的介紹，「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，顯然是誤導觀眾。
我們摘錄知乎用戶@土豆泥同學的一篇關於石墨烯的文章片段，其中對於「石墨烯」電池的定義介紹如下：
「根據經典的電化學命名法，一般智能手機使用的鋰離子電池應該命名為「鈷酸鋰-石墨電池」。
之所以稱為「鋰離子電池」，是因為SONY在1991年將鋰離子電池投放市場的時候，考慮到經典命名法太過複雜，一般人記不住，並且充放電過程是通過鋰離子的遷移來實現的，體系中並不含金屬鋰，因此就稱為「Lithium ion battery」。
最終「鋰離子電池」這個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採用石墨類負極材料，在負極性能相似的情況下，鋰離子電池的性能很大程度上，取決於正極材料，所以現在鋰離子電池也有按照正極來稱呼的習慣。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。」
從上文我們可以發現，在電池中，以主要作用的成分(磷酸鐵鋰鋰電池)、機理(液流電池等)來命名是一般通用的規則，如此來看「石墨烯電池」呢?
實際上，科研界的人對於「石墨烯電池」的相關研究已經很多。
但是如果細心分析，就會發現，其實其中很大部分做的是超級電容：在此時，可以通過控制石墨烯的氧化狀態等特性，利用其做成電極材料，基於其很大的比表面積的特性來實現快速的電化學反應，即大家耳熟能詳的「快速充放」。
在大多數新聞中，我們看到關於石墨烯電池的資訊多是快速充放，但是快速充放，又不同於電池容量，很少有說能將石墨烯電池容/能量明顯增加的。
這主要是因為，石墨烯的本徵特性(二維奈米材料、高比表面積)決定了其在超級電容中，應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，功率密度高於鋰離子電池，可以實現快速充放無誤，但是其能量密度(1-20Wh/kg)遠低於一般鋰離子電池(100-220Wh/kg)，通俗的說就是，如果你用超級電容做電動汽車，充電很快，但是續航里程數會讓你感覺很⋯⋯坑爹。
從上可見，即使是應用石墨烯相對實際一點的電容領域，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%以上的資訊，可信度都極低，他們不敢將反應機理，具體數據、產品實測分析結果公之於眾，不敢將它們交給大眾檢驗。
為什麼說石墨烯電池噱頭大於實用?
我們看到，在百科以及許多專業的電池網站上，很難找到關於石墨烯電池的結構、反應機理示意圖，並且缺乏具體的能量密度、電壓、循環壽命等具體的技術參數，對於電池工業來說，一個連基本結構等資訊都沒有明確定義的電池，報導出來的新聞怎能讓讓相信呢?
缺乏最基本的可信度，虛假誇大宣傳的可能性極大。這麼多年的新聞，或許就是「石墨烯電池」不實際的佐證。除此之外，石墨烯真的就沒有前途了嗎?
無在目前來看，採用石墨烯作為電池材料，仍舊有許多內在以及外在的問題必需解決，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準來看是這樣的。
1、成本問題。傳統導電炭黑和石墨都是論噸賣的，而目前，石墨烯是論克賣，不知什麼時候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導的石墨烯降低到3元/克，換算成噸也要300萬元/噸。再退一步講，就算「超級電池」真的能製造出來，它的價格也是我們普通使用者無法接受的。（文中金額若無特別註明，皆為對岸中國的人民幣）
2、製程不相容。石墨烯比表面積過大，會對現有鋰離子電池的分散均漿等工序，帶來一大堆製程問題。如果電池廠調動製程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動，加之石墨烯表面特性，受化學狀態影響巨大，批次穩定性，循環壽命等等都有很多問題，目前來看無法滿足生產中遇到的一堆問題。
即使以上問題都得到瞭解決，還有下面的問題存在。
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，且性能受表面狀態影響極大，反觀矽，它的理論容量近石墨的10倍，且在抑制粉化開裂方面，這幾年來已經有了很多科研和工業等級的成果。
矽負極這兩年受到了各大電池廠商的重視，其中領軍企業松下的4Ah18650電池，就已經開始使用矽/碳複合材料負極，只是目前矽負極材料的循環壽命，還不是足夠的理想，因此還主要針對消費電子市場用途。可以說，矽的實用性比石墨要好上不少。
就目前來看，石墨烯電池無論是在先天性、技術方面、外在因素上，都或多或至少的存在著劣勢，至少在目前來看，石墨烯電池應用在實際場景中，還需要很長的路要走。
石墨烯電池目前就像一頭困獸，前後夾擊，不過石墨烯電池畢竟是一頭獸，也許什麼時候突破了重圍也說不定呢!
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