石墨烯電池存在么？

石墨烯電池存在么？

在冬天的時(shí)候，大家可能都會遇到玩手機(jī)時(shí)手機(jī)還有大把電卻不知為何就會卡頓，死機(jī)，關(guān)機(jī)的現(xiàn)象，為什么會這樣呢？是因?yàn)閱栴}出現(xiàn)在了手機(jī)鋰電池的上面。

鋰電池在工作時(shí)鋰離子會在正負(fù)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(shí)代的創(chuàng)造。



說起石墨烯，我們可以從初中化學(xué)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(jiān)固的碳結(jié)構(gòu)，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(xì)鱗片狀固體，質(zhì)軟滑膩，有優(yōu)良的導(dǎo)電性能，最常見的就是2B鉛筆的筆芯。



在石墨中，每個(gè)碳原子只與其他三個(gè)碳原子以較強(qiáng)的力結(jié)合，形成一種層狀結(jié)構(gòu)，層與層之間的結(jié)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(gè)原子厚度。它是世上最薄、最堅(jiān)硬、電阻率最小的納米材料；它獨(dú)特的能帶結(jié)構(gòu)，讓電子在上面?zhèn)鲗?dǎo)時(shí)能量損耗極低。這些特點(diǎn)讓石墨烯成為商家眼中的“唐僧肉”。一時(shí)間，“充電兩分鐘，通話一整天”“充電一分鐘，續(xù)航百公里”等廣告語盛行。



不過，要得到“純種”石墨烯不容易，因?yàn)樗谧匀唤鐭o法穩(wěn)定單獨(dú)存在，很長時(shí)間科研都止步于多層石墨烯。2004年，曼徹斯特大學(xué)學(xué)者安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫成功分離出單獨(dú)石墨烯平面，并于2010年獲諾貝爾物理學(xué)獎。分離法神奇又樸實(shí)：用膠帶粘住石墨薄片的兩側(cè)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(chǎn)石墨烯，但要么成本太高、要么層數(shù)太多。



事實(shí)上，石墨烯的應(yīng)用很廣泛，電路、LED照明、手機(jī)或穿戴設(shè)備的柔性屏幕等領(lǐng)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(jié)合，應(yīng)用到能源領(lǐng)域，也就是我們俗稱的“石墨烯電池”——化學(xué)充電電池自誕生以來距今已100多年，無數(shù)人希望能克服其能量密度低、充電時(shí)間長、循環(huán)次數(shù)低等缺陷，石墨烯被視為“救星”之一。



然，就目前來看，這個(gè)世界并不存在純粹的石墨烯電池。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，至少在目前來看，石墨烯電池應(yīng)用在實(shí)際場景中，還需要很長的路要走。石墨烯雖然可以改進(jìn)電池性能，卻無法作為電池的核心材料，它單片時(shí)有很多特殊性質(zhì)，在實(shí)際應(yīng)用中無法完全發(fā)揮。所以現(xiàn)實(shí)中石墨烯多用于與碳、硅或錫等物質(zhì)組成復(fù)合材料制造電池正負(fù)極，或是使用石墨烯作為導(dǎo)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(fù)雜、良率低、成本高等問題，石墨烯電池想要實(shí)現(xiàn)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化的量產(chǎn)，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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