最近，“電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航1000公里”的話題，格外引人關(guān)注。一是蔚來(lái)聲稱2022年將推出搭載固態(tài)電池（預(yù)計(jì)是半固態(tài)電池）的新車ET7，續(xù)航將超過(guò)1000公里；二是廣汽埃安宣布，旗下石墨烯電池可以實(shí)現(xiàn)8分鐘充電80%，極大縮短充電時(shí)間，可以實(shí)現(xiàn)最大續(xù)航1000公里。
比起相對(duì)遙遠(yuǎn)的固態(tài)電池，石墨烯電池似乎更值得期待。當(dāng)然，現(xiàn)在它們都還在被懷疑。
有業(yè)內(nèi)人士分析認(rèn)為，石墨烯電池技術(shù)還沒(méi)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，應(yīng)用在正/負(fù)極主體材料中的鋰離子電池，不是完全的石墨烯電池。
隨后廣汽發(fā)布公告解釋稱，石墨烯基超級(jí)快充電池與長(zhǎng)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)。石墨烯基超級(jí)快充電池具備6C快充能力，結(jié)合600A高功率超充設(shè)備，最快8分鐘可充電80%；整體電芯成本與目前市場(chǎng)常規(guī)動(dòng)力電池成本相比高5-8%。
目前，廣汽石墨烯基超級(jí)快充電池已按計(jì)劃進(jìn)入實(shí)車測(cè)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)“但該技術(shù)的普及有賴于國(guó)家超級(jí)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(chǎng)需求具有不確定性。”
廣汽的公告，可以簡(jiǎn)單地理解為，該集團(tuán)具備制備石墨烯基超級(jí)快充電池的能力，但能否應(yīng)用于市場(chǎng)，還要看國(guó)家充電標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)際基建情況。
石墨烯是材料界的大明星，具有優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)特性，多年來(lái)一直被給予厚望，但可惜真正廣泛且有價(jià)值的應(yīng)用還不多，廣汽是如何把它運(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)緊密堆積成單層二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的新材料，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(wàn)倍，把20萬(wàn)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(guò)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(duì)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(lái)適應(yīng)外力，也就保持了該材料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
與此同時(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(lái)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(guò)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(wú)法穩(wěn)定存在而僅處于理論研究狀態(tài)。
直到2004年，英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的物理學(xué)教授Andre Geim通過(guò)一種看起來(lái)十分簡(jiǎn)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。
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。
實(shí)驗(yàn)室的石墨烯電池
記者了解到，目前石墨烯的研究已經(jīng)取得了些許重要進(jìn)展，在化學(xué)電源、光電子器件和多相催化等領(lǐng)域備受關(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。
此外，一些石墨烯衍生物，如氧化石墨烯與還原氧化石墨烯，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(zhǎng)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(guò)程中的團(tuán)聚現(xiàn)象和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，如何大量、低成本制備出高質(zhì)量的石墨烯材料仍是眼下研究的一個(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。
有懷疑者表示，真正以石墨烯為主體材料的動(dòng)力電池，目前尚無(wú)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。
也有堅(jiān)信者認(rèn)為，石墨烯前景光明。哈佛大學(xué)教授Bob Westerveh評(píng)論稱，“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(lái)會(huì)十分有趣”。
無(wú)論是固態(tài)電池還是石墨烯電池，都是科技創(chuàng)新的一種體現(xiàn)，到底誰(shuí)能成長(zhǎng)為“具有強(qiáng)大生命力和遠(yuǎn)大前途”的新事物，我們拭目以待。
值得強(qiáng)調(diào)的是，判斷一個(gè)事物究竟是新事物還是舊事物的標(biāo)準(zhǔn)，不是形式的新或舊，不是出現(xiàn)時(shí)間的先后，也不是力量的強(qiáng)弱，其根本標(biāo)志在于它們是否同事物發(fā)展的必然趨勢(shì)相符合。
來(lái)源：新能源汽車報(bào)
