李文慧

最近歐陽明高“打臉”廣汽埃安的新聞傳得沸沸揚(yáng)揚(yáng)，不少業(yè)內(nèi)人士分析認(rèn)為，石墨烯電池技術(shù)還沒有發(fā)展到能夠商業(yè)應(yīng)用的程度，屬于“注水”重災(zāi)區(qū)，廣汽埃安宣稱的“石墨烯電池”是將石墨烯作為輔助材料，不是完全的石墨烯電池。

隨后廣汽集團(tuán)發(fā)布公告解釋稱，石墨烯基超級快充電池與長續(xù)航硅負(fù)極電池是兩種不同的技術(shù)，分別解決“充電速度慢”、“續(xù)航里程短”這兩個(gè)動(dòng)力電池應(yīng)用中的不同痛點(diǎn)。目前公司石墨烯基超級快充電池已按計(jì)劃進(jìn)入實(shí)車測試階段，預(yù)計(jì)于本年內(nèi)首次搭載在現(xiàn)有AION V車型上。同時(shí)，公告中也強(qiáng)調(diào)“該技術(shù)的普及有賴于國家超級快充相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布和高功率超充設(shè)備的建設(shè)進(jìn)展，市場需求具有不確定性”。

廣汽的公告，可以簡單地理解為，該集團(tuán)具備制備石墨烯基超級快充電池的能力，但能否應(yīng)用于市場，還要看國家充電標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)際基建情況。

由于廣汽的一番“宣傳”，石墨烯電池順利得成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)話題，石墨烯到底是何方神圣，它又是如何運(yùn)用到電池中的呢？

強(qiáng)大的“二維碳材料”

將鉛筆在紙上畫上一筆，紙上留下的就是石墨的痕跡，如果將石墨逐層剝離，最后會(huì)得到一個(gè)二維的單層石墨，它就是石墨烯，也被稱作“二維碳材料”。

石墨烯是由碳原子以六角結(jié)構(gòu)（蜂窩狀）緊密排列而成，石墨烯的厚度只有0.335nm，比紙還要薄100萬倍，把20萬片石墨烯疊加到一起，也只有一根頭發(fā)絲的厚度，但是它的強(qiáng)度卻比鉆石還要堅(jiān)韌，同時(shí)，作為單質(zhì)，它在室溫下傳遞電子的速度要超過任何一種已知的導(dǎo)體。

資料顯示，石墨烯中的各個(gè)碳原子之間的連接十分柔韌，當(dāng)對其施加外部機(jī)械力時(shí)，碳原子面就會(huì)彎曲變形，從而使碳原子不必重新排列來適應(yīng)外力，也就保持了該材料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。同時(shí)，這種穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)也使石墨烯具有優(yōu)秀的導(dǎo)電性，石墨烯中的電子在軌道中移動(dòng)時(shí)，不會(huì)因晶格缺陷或引入外來原子而發(fā)生散射。由于原子間作用力十分強(qiáng)，在常溫環(huán)境下，即使周圍的碳原子互相發(fā)生了擠撞，石墨烯中的電子受到的干擾也會(huì)非常小。

作為單質(zhì)，石墨烯最大的特性，是它在室溫下傳遞電子的速度比已知的任何導(dǎo)體都快，其中電子的運(yùn)動(dòng)速度可以達(dá)到光速的1/300，大大超過了電子在一般導(dǎo)體中的運(yùn)動(dòng)速度。另外，它也是目前已知材料中電子傳導(dǎo)速率最快的材料。同時(shí)，科學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)單層的石墨烯具有很大的比表面積，可達(dá)到2600m/g。

石墨烯因?yàn)槠鋬?yōu)質(zhì)的導(dǎo)電性、穩(wěn)定性、延展性，受到科研工作者的追捧，但又由于其純粹的二維晶體材料特性，被認(rèn)為無法穩(wěn)定存在而僅處于理論研究狀態(tài)。直到2004年，英國曼徹斯特大學(xué)的物理學(xué)教授Andre Geim通過一種看起來十分簡單的方法——膠帶分離法，將膠帶紙不斷分離石墨薄片，制備出了石墨烯，并于2010年和他的學(xué)生Kostya Novoselov一起，憑借著在石墨烯方面的創(chuàng)新研究而獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。直到現(xiàn)在，Geim還被戲稱為用鉛筆和膠獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的科學(xué)家。

實(shí)驗(yàn)室的石墨烯電池

石墨烯這種強(qiáng)大的“二維碳材料”，隨著2010年諾貝爾獎(jiǎng)的熱度，而獲得了更多科研工作者和企業(yè)人士的青睞。

研究資料顯示，目前，石墨烯的研究已經(jīng)取得了重要的進(jìn)展，在化學(xué)電源、光電子器件和多相催化等領(lǐng)域都得到了廣泛的關(guān)注。

在儲(chǔ)能領(lǐng)域，石墨烯具有極高的比表面積，這使得石墨烯基復(fù)合電極有著很好的電解液相容性;石墨烯的電導(dǎo)率遠(yuǎn)超其他碳材料，以石墨烯為導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的復(fù)合電極材料可以發(fā)揮優(yōu)異的倍率性能;石墨烯衍生物上含有的大量官能團(tuán)與缺陷位可以作為多種金屬及金屬氧化物納米粒子的生長位點(diǎn)。這種由石墨烯矩陣組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)可以有效的抑制納米電極材料在充放電過程中的團(tuán)聚現(xiàn)象及電極巨大的體積變化，從而增強(qiáng)電極材料的容量保持率與循環(huán)穩(wěn)定性。

然而盡管石墨烯的研究已經(jīng)有了不少進(jìn)展，但在現(xiàn)實(shí)中，現(xiàn)階段工藝的不成熟以及較高的成本限制了石墨烯大規(guī)模的應(yīng)用，因此，如何大量、低成本制備出高質(zhì)量的石墨烯材料，仍然是未來研究的一個(gè)重點(diǎn)。

據(jù)悉，目前，石墨烯主要還是應(yīng)用在鋰離子電池的復(fù)合電極材料、負(fù)極活性材料、導(dǎo)電添加劑中。有業(yè)內(nèi)人士表示，真正以石墨烯為主體材料的動(dòng)力電池，目前尚無法在實(shí)驗(yàn)室中完全實(shí)現(xiàn)，尚未達(dá)到量產(chǎn)條件，商業(yè)化非常困難。

然而，對于石墨烯的應(yīng)用，依舊前景光明，正如哈佛大學(xué)教授Bob Westerveh評論所言，“石墨烯是一種令人興奮的新材料，具有非同尋常的屬性，未來會(huì)十分有趣”。