石墨烯電池存在么？

石墨烯電池存在么？

在冬天的時候，大家可能都會遇到玩手機時手機還有大把電卻不知為何就會卡頓，死機，關機的現象，為什么會這樣呢？是因為問題出現在了手機鋰電池的上面。

鋰電池在工作時鋰離子會在正負極之間移動，而低溫會讓離子活性降低，很快就“跑不動”了，電池可用量迅速下降。怎么辦？除了少出門外，有人想出了新招：石墨烯。這些年，不少研究者和商家提出石墨烯電池的概念，表示這種電池容量更大、充電更快、“死”得更慢，堪稱劃時代的創造。



說起石墨烯，我們可以從初中化學講起。碳元素的天然存在形式有兩種：石墨和金剛石。金剛石是最堅固的碳結構，硬度大、活性差，又名鉆石；石墨則是一種深灰色有金屬光澤而不透明的細鱗片狀固體，質軟滑膩，有優良的導電性能，最常見的就是2B鉛筆的筆芯。



在石墨中，每個碳原子只與其他三個碳原子以較強的力結合，形成一種層狀結構，層與層之間的結合力較小，容易剝離。如果說石墨是一摞A4紙，石墨烯就是其中一張，一張只有一個原子厚度。它是世上最薄、最堅硬、電阻率最小的納米材料；它獨特的能帶結構，讓電子在上面傳導時能量損耗極低。這些特點讓石墨烯成為商家眼中的“唐僧肉”。一時間，“充電兩分鐘，通話一整天”“充電一分鐘，續航百公里”等廣告語盛行。



不過，要得到“純種”石墨烯不容易，因為它在自然界無法穩定單獨存在，很長時間科研都止步于多層石墨烯。2004年，曼徹斯特大學學者安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫成功分離出單獨石墨烯平面，并于2010年獲諾貝爾物理學獎。分離法神奇又樸實：用膠帶粘住石墨薄片的兩側后撕開，可逐漸減薄石墨烯直至單層。如今，我們可以用氧化還原法等方式生產石墨烯，但要么成本太高、要么層數太多。



事實上，石墨烯的應用很廣泛，電路、LED照明、手機或穿戴設備的柔性屏幕等領域都對這種新材料虎視眈眈，但最火熱的方向，莫過于將石墨烯和鋰電池結合，應用到能源領域，也就是我們俗稱的“石墨烯電池”——化學充電電池自誕生以來距今已100多年，無數人希望能克服其能量密度低、充電時間長、循環次數低等缺陷，石墨烯被視為“救星”之一。



然，就目前來看，這個世界并不存在純粹的石墨烯電池。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。石墨烯雖然可以改進電池性能，卻無法作為電池的核心材料，它單片時有很多特殊性質，在實際應用中無法完全發揮。所以現實中石墨烯多用于與碳、硅或錫等物質組成復合材料制造電池正負極，或是使用石墨烯作為導電添加劑。因此，與其起名“石墨烯電池”，不如叫“摻了石墨烯的鋰離子電池/鉛酸電池”。加之制程復雜、良率低、成本高等問題，石墨烯電池想要實現工業標準化的量產，道阻且長。所以大家不要輕信石墨烯電池的流言蜚語。

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