在消費電子領域，電池容量和充電速度一直都是亘古不變的話題，不少廠商都把充電時間和電池容量作為產品噱頭。而放眼全球電子設備市場，已經問世多年的鋰電池依舊是這一領域的絕對霸主，市面上幾乎所有智慧型手機都內置了這一電池，就連波音公司的787「夢幻客機」都內置了大量鋰電池。
但是，鋰電池在安全性、續航能力、環境污染以及充電速度方面存在的巨大短板已經開始嚴重限制了各大高科技產業的發展，因此許多企業研發部門都將目光放到了更先進的「石墨烯電池」（graphenecell）上面，並相信這一新型電池未來將徹底取代已經問世超過26年的鋰電池。
什麼是石墨烯電池？
墨烯(graphene)是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一個碳原子厚度的二維材料。石墨烯目前是世上最薄卻也是最堅硬的納米材料，它幾乎是完全透明的，只吸收2.3%的光，同時也是世界上電阻率最小的材料。
所謂的石墨烯電池是利用鋰離子在石墨烯表面和電極之間快速大量穿梭運動的特性，開發出的一種新能源電池。作為目前最薄、最堅硬、導電導熱性能最強的一種新型納米材料，石墨烯的概念自2004年問世以來一直備受關注。
以動力電池領域為例，石墨烯是具有良好應用前景的鋰離子電池正負極材料。同時，石墨烯聚合材料電池的重量僅為傳統電池50%，成本將比鋰電池低77%。從性能來看，石墨烯鋰電池充電一次，耗時也不超過10分鐘。
由於其獨有的特性，石墨烯被稱為「神奇材料」，科學家甚至預言其將「徹底改變21世紀」。
理想很美好。
眾所周知，目前智慧型手機領域使用最多的電池材料依舊是鋰電池，鋰電池最早於1991年商用，之後成為電子設備的標配。但很多人認為這項技術已經達到極限，希望尋找替代來源，於是石墨烯電池技術就進入了人們的視線。
目前的消息顯示，三星下一代旗艦機型galaxys9將使用石墨烯材質電池來取代現有的鋰電池。這類電池在相同體積下的電池存儲能力大約是鋰電池的45%，但卻可以在12分鐘內完成充滿電，而且可以在高達60攝氏度的環境中保持高度穩定性。這也就使得這一材料電池不僅十分適用於智慧型手機，還非常適用於電動汽車。
據悉，三星研究所已經找到了將石墨烯與二氧化矽大規模結合起來的方法，完成融合的材料被稱為「石墨烯球」，有著類似爆米花的結構。研究人員指出，這種技術既提高了電池的穩定性，又提高了電導率，「大大提高了陰極的可循環性和快速充電能力」。更重要的是，它們的能量密度接近800wh/l，大約與特斯拉所使用的鋰離子電池等一樣。
外界分析認為，如果三星是全球首家成功將石墨烯材質電池投入量產設備的廠家，那麼將使得這家韓國企業在很長一段時間內成為石墨烯材質的獨家供應商或者專利持有方，而這對於該公司的營收和全球地位提升也有著巨大幫助。
與此同時，「石墨烯電池」的概念在新能源汽車領域也被反覆提及，似乎已成為目前電動汽車電池技術的突破口。石墨烯技術電池被稱為「里程碑式的黑科技」，號稱能夠延長電動車續航里程、電池壽命，同時縮短充電時間。
其中最具代表性的或許就是fisker（菲斯科）創始人亨利-菲斯科（henryfisker）所研發的fiskeremotion電動車了。fiskeremotion將採用新的石墨烯電池材料，充電九分鐘就可以行駛208公里，最大續航里程達到644公里，最高時速為259公里/小時。該車預計在2020年，率先在英國出售。
此外，國內媒體有報道稱浙江大學科學家日前利用石墨烯膜作為正極材料，研發出了一種新型的鋁-石墨烯電池。這種電池壽命超長，能在極短時間內充滿電，且在零下40℃到120℃的溫度範圍內都能正常工作。
而且，此次研發出的鋁-石墨烯電池還有一些當前其他電池無可匹敵的特性。比如低溫至零下40℃，鋁-石墨烯電池仍能穩定充放電1000次；高溫至100℃，穩定充放電45000次，即使電芯暴露於火焰中也不會起火或爆炸。這一寬溫度使用範圍為將來鋁離子電池在極端溫度條件下的使用打下了基礎。
此外，這種電池還具備很好的柔性，在1萬次彎折後容量依舊可以保持不變，展現出了在可穿戴柔性電子器件中的應用潛力。
現實很骨感。
目前的資本市場對於石墨烯電池存在巨大的想像空間，但也有不少學者認為，石墨烯電池目前多方面技術難以突破，因此還是一種處於實驗室的產物，距離其真正量產仍然遙遙無期。
北京有色金屬研究總院高級工程師、清華大學博士劉冠偉在接受《每日經濟新聞》採訪時認為，「首先如何定義石墨烯電池就存在分歧：電極材料中添加了石墨烯材料就定義為石墨烯電池存在誤導。關於石墨烯電池的新聞都僅限於一些皮毛的報道，連電池的結構和反應機理示意圖都沒有，也缺乏具體的能量密度、電壓、循環壽命等具體技術參數。對於電池工業來說，沒有這些信息，報道出來的新聞缺乏最基本的可信度，虛假誇大宣傳的可能性極大。」。
中國石油大學教授李永峰同樣持質疑態度。他認為，目前石墨烯在電池上的應用，主要是和矽結合在電池負極裡面代替原來的石墨，這樣可以提升電池的整體容量和充電速度，但性能提升效果有限，網上傳言顛覆式提升並不太現實。此外，也有業內人士提及，石墨烯表面特性受化學狀態影響巨大，批次穩定性、循環壽命等問題也比較難以滿足鋰電池生產的細緻要求。
中信建投的報告同樣顯示，具備優異性質的石墨烯產品何時能走出實驗室仍然是未知數。例如石墨烯作為透明導電膜使用時，其工業產品的製備便存在一定的瓶頸，使得產品中石墨烯原油的電導率低等特性無法發揮。由於單層石墨烯沒有帶隙，無法實現邏輯電路必需的電晶體開關功能，工藝複雜性程度大幅提高，因此其在微電子領域的廣泛使用還有待時日。
誠然，石墨烯被認為是未來最具潛力的材料之一，但就目前而言，它的泡沫成分大於實際應用價值，阻礙這種材料普及的因素很多，可量產性和成本則是最主要的普及障礙，石墨烯電池要想在短期內徹底取代鋰電池恐怕還有很長的路要走。
- 數碼問答
- 答案列表
石墨烯電池真的有傳說中的那麼神嗎[朗讀]
事實上，國際鋰電學術界和產業界並沒有「石墨烯電池」這個提法（有沒有點五雷轟頂的趕腳？手機控們）。搜索維基百科，你是找不到「graphenebattery」或者「grapheneli-ionbattery」這兩個詞條的解釋。
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。這個解釋顯然是誤導。雖然撒上芝麻的燒餅可以叫芝麻燒餅，但是我們不能把摻上點石墨烯的電池就稱之為石墨烯電池。
槓頭和「拜科學教」的同志也許會跳出來叫囂，什麼沒有呀，看人家某為，還有那某星，都說是石墨烯手機啦！——老弟，鑒於中文命名的尿性，你真的覺得是這樣嗎？不是說吃了狀元餅就能考狀元，老婆餅里也沒有老婆，黃金餅也是不是拿黃金做的好不好？
拎出來某為的首款石墨烯手機m20還有新出來的另一款m2和大家說說：在媒體的自我狂歡中（當然也很有可能是媒體和商家共謀的），石破天驚的「黑科技石墨烯手機」讓大家沸騰了，什麼什麼中國領先世界，首款石墨烯電池的手機誕生之類的囈語見諸報端，實際上商家自己「臊眉耷眼」地出來聲明——這些，是搭乘「石墨烯技術的手機」不是「墨烯電池手機」。所用的是石墨烯的散熱技術（至於石墨烯散熱膜的科學性和適用性另外再說），利用的是石墨烯的熱學性能而不是電學性能，和石墨烯電池關係不大——這區別相當於「給愛因斯坦當老師」和「給愛因斯坦當烹飪老師」之間的差距？
電池，呵呵，電池，曾經因為電池在中國折戟沉沙的某星，宣布出了「真正」的石墨烯電池的手機——充電12分鐘，充電容量提高45%的石墨烯電池長什麼樣兒呢？
某星的這款電池是通過cvd法製備（敲黑板，cvd法哈，我前面的《贏了你輸了世界又如何》說的「曬魚蟲」法製作石墨烯膜的那種）了石墨烯-氧化矽復合物，即所謂的「石墨烯球」。通過nobilta球磨技術將1wt%石墨烯球均勻塗覆在富鎳層狀正極材料中。cvd法製備石墨烯這種工藝給人的印象就是「貴+設備要求高」，很難進行量產。大費周章做了個昂貴的石墨烯球，在正極材料上只是作為「導電劑」？快速充放電的後果就是，鋰離子在電極材料中不能充分進入/脫出，從而造成了真實容量的下降——有點類似我們俗稱的「虛電」——總結起來一句話：花了好多錢用「豬油拌飯」的方法把個瘦子催成「虛胖」（注意哦，是一個瘦子不是瘦子們，這手段不能大規模工業化製造的）。
作為「解釋系」的高材生，我來給大家說說幾個名詞，省得被一大堆術語砸暈了搞嗨了：
l「能量密度」指的是電池存儲電量的能力，即單位重量的電池所存儲的能量是多少，單位為wh/kg，1wh等於3600焦耳（j）的能量。
l「功率密度」指的是電池放電的峰值能力，單位重量的電池在放電時可以以何種速率進行能量輸出，單位為w/kg。石墨烯本身材料就是納米材料，自然在「功率密度」上有優勢，所以在充放電倍率上比較有些成果。
我們看到的石墨烯電池或者類似的電池時被吹風的「充電×××，使用×××」都是在快充（也就是充放電倍率）上做文章，也就是說在功率密度上吹噓，但是實際上在能力密度上沒有亮點。充滿或者充到80%的是指把「暖壺」灌滿水——至於是用的「親媽熬的小米粥」還是「食堂賣的小米粥」，那商家就不管，稀不稀的反正我拿「烯」給你灌滿了。
國家喜聞樂見希望看到的是石墨烯能在能量密度有突破，而不是（至少不僅是）在功率密度上的進步——畢竟功率密度大在安全隱患（過熱著火）和電池壽命上有缺陷的。而石墨烯的「壓實密度」偏低，使得在「能量密度」上不被看好。
「鈷酸鋰-石墨電池」之所以稱為「鋰電池（實際是鋰離子電池）」，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，因此就稱為「lithiumionbattery」。最終「鋰離子電池」這個名稱被全世界廣泛接受，這也體現了sony在鋰電領域的特殊貢獻。鋰離子電池的性能很大程度上取決於正極材料，所以鋰離子電池也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，僅是在正極材料上加了石墨烯導電劑的話，是不能叫「石墨烯電池」的——雖然撒了芝麻的燒餅叫芝麻燒餅，摻了石墨烯做輔料的電池真的不能叫石墨烯電池。
石墨烯用在鋰電池中有幾種方向，當正極，當導電劑，當負極。而一塊好電池的標準是這樣式的。
石墨烯功能塗層鋁箔，其實際性能跟普通碳塗覆鋁箔並無多少提高，反倒是成本和工藝複雜程度增加不少，該技術商業化的可能性很低。石墨烯用作導電劑添加到磷酸鐵鋰正極中，能改善倍率和低溫性能，但是能力密度不理想。
幾乎所有的商品鋰離子電池都採用石墨類負極材料，石墨烯單獨當負極材料，壓實密度非常低且成本極其昂貴，並不比當前的負極優秀，也低於復合材料（矽/碳），根本不存在取代石墨類材料直接用作鋰離子電池負極的可能性。
現在鋰電常用的導電劑有導電炭黑、乙炔黑、科琴黑，superp等，現在也有電池廠家在動力電池上開始使用碳纖維(vgcf)和碳納米管(cnt)作為導電劑。石墨烯與之相比電化學性能差不多，但是成本原因，石墨烯用作導電劑無明顯優勢。石墨烯的分散性以及相容性問題而增加了工藝的複雜性而影響到批次穩定性。
嗯嗯，最後我們負責任地說：既沒有石墨烯電池，石墨烯做電池也沒啥優勢——絕不絕望？灰不灰暗。
我們在石墨烯電池條目下面，很眼熟地發現了超級電容器的大段描寫（好奇心重的可自行問度娘），也見過「中國某某科研團隊開發出非常耐用，可充放電25萬次依舊電力十足，可在低至零下40度高至120度穩定工作，將電芯放於明火中也不會發生起火爆炸等危險的石墨烯電池。」撇開真實性，這種「實驗環境」的石墨烯鈕扣電池，和可以商用的電池之間還有成本、工藝和安全性好幾座大山呢——不能因為誰管宿舍管的好，就認為他一定是個好總統吧？饒是膽子比較大的廠商也只敢在電池這種成本不高，壞了就換的原件上忽悠石墨烯概念，不敢直接拿汽車電池炒概念——汽車電池尺碼更大，驅動力、穩定性、續航和安全性都是「致命」的話題，所以，您明白了當墨烯手機能鋪天蓋地的忽悠，還真沒多少人炒作石墨烯汽車吧。
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。這個解釋顯然是誤導。雖然撒上芝麻的燒餅可以叫芝麻燒餅，但是我們不能把摻上點石墨烯的電池就稱之為石墨烯電池。
槓頭和「拜科學教」的同志也許會跳出來叫囂，什麼沒有呀，看人家某為，還有那某星，都說是石墨烯手機啦！——老弟，鑒於中文命名的尿性，你真的覺得是這樣嗎？不是說吃了狀元餅就能考狀元，老婆餅里也沒有老婆，黃金餅也是不是拿黃金做的好不好？
拎出來某為的首款石墨烯手機m20還有新出來的另一款m2和大家說說：在媒體的自我狂歡中（當然也很有可能是媒體和商家共謀的），石破天驚的「黑科技石墨烯手機」讓大家沸騰了，什麼什麼中國領先世界，首款石墨烯電池的手機誕生之類的囈語見諸報端，實際上商家自己「臊眉耷眼」地出來聲明——這些，是搭乘「石墨烯技術的手機」不是「墨烯電池手機」。所用的是石墨烯的散熱技術（至於石墨烯散熱膜的科學性和適用性另外再說），利用的是石墨烯的熱學性能而不是電學性能，和石墨烯電池關係不大——這區別相當於「給愛因斯坦當老師」和「給愛因斯坦當烹飪老師」之間的差距？
電池，呵呵，電池，曾經因為電池在中國折戟沉沙的某星，宣布出了「真正」的石墨烯電池的手機——充電12分鐘，充電容量提高45%的石墨烯電池長什麼樣兒呢？
某星的這款電池是通過cvd法製備（敲黑板，cvd法哈，我前面的《贏了你輸了世界又如何》說的「曬魚蟲」法製作石墨烯膜的那種）了石墨烯-氧化矽復合物，即所謂的「石墨烯球」。通過nobilta球磨技術將1wt%石墨烯球均勻塗覆在富鎳層狀正極材料中。cvd法製備石墨烯這種工藝給人的印象就是「貴+設備要求高」，很難進行量產。大費周章做了個昂貴的石墨烯球，在正極材料上只是作為「導電劑」？快速充放電的後果就是，鋰離子在電極材料中不能充分進入/脫出，從而造成了真實容量的下降——有點類似我們俗稱的「虛電」——總結起來一句話：花了好多錢用「豬油拌飯」的方法把個瘦子催成「虛胖」（注意哦，是一個瘦子不是瘦子們，這手段不能大規模工業化製造的）。
作為「解釋系」的高材生，我來給大家說說幾個名詞，省得被一大堆術語砸暈了搞嗨了：
l「能量密度」指的是電池存儲電量的能力，即單位重量的電池所存儲的能量是多少，單位為wh/kg，1wh等於3600焦耳（j）的能量。
l「功率密度」指的是電池放電的峰值能力，單位重量的電池在放電時可以以何種速率進行能量輸出，單位為w/kg。石墨烯本身材料就是納米材料，自然在「功率密度」上有優勢，所以在充放電倍率上比較有些成果。
我們看到的石墨烯電池或者類似的電池時被吹風的「充電×××，使用×××」都是在快充（也就是充放電倍率）上做文章，也就是說在功率密度上吹噓，但是實際上在能力密度上沒有亮點。充滿或者充到80%的是指把「暖壺」灌滿水——至於是用的「親媽熬的小米粥」還是「食堂賣的小米粥」，那商家就不管，稀不稀的反正我拿「烯」給你灌滿了。
國家喜聞樂見希望看到的是石墨烯能在能量密度有突破，而不是（至少不僅是）在功率密度上的進步——畢竟功率密度大在安全隱患（過熱著火）和電池壽命上有缺陷的。而石墨烯的「壓實密度」偏低，使得在「能量密度」上不被看好。
「鈷酸鋰-石墨電池」之所以稱為「鋰電池（實際是鋰離子電池）」，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，因此就稱為「lithiumionbattery」。最終「鋰離子電池」這個名稱被全世界廣泛接受，這也體現了sony在鋰電領域的特殊貢獻。鋰離子電池的性能很大程度上取決於正極材料，所以鋰離子電池也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，僅是在正極材料上加了石墨烯導電劑的話，是不能叫「石墨烯電池」的——雖然撒了芝麻的燒餅叫芝麻燒餅，摻了石墨烯做輔料的電池真的不能叫石墨烯電池。
石墨烯用在鋰電池中有幾種方向，當正極，當導電劑，當負極。而一塊好電池的標準是這樣式的。
石墨烯功能塗層鋁箔，其實際性能跟普通碳塗覆鋁箔並無多少提高，反倒是成本和工藝複雜程度增加不少，該技術商業化的可能性很低。石墨烯用作導電劑添加到磷酸鐵鋰正極中，能改善倍率和低溫性能，但是能力密度不理想。
幾乎所有的商品鋰離子電池都採用石墨類負極材料，石墨烯單獨當負極材料，壓實密度非常低且成本極其昂貴，並不比當前的負極優秀，也低於復合材料（矽/碳），根本不存在取代石墨類材料直接用作鋰離子電池負極的可能性。
現在鋰電常用的導電劑有導電炭黑、乙炔黑、科琴黑，superp等，現在也有電池廠家在動力電池上開始使用碳纖維(vgcf)和碳納米管(cnt)作為導電劑。石墨烯與之相比電化學性能差不多，但是成本原因，石墨烯用作導電劑無明顯優勢。石墨烯的分散性以及相容性問題而增加了工藝的複雜性而影響到批次穩定性。
嗯嗯，最後我們負責任地說：既沒有石墨烯電池，石墨烯做電池也沒啥優勢——絕不絕望？灰不灰暗。
我們在石墨烯電池條目下面，很眼熟地發現了超級電容器的大段描寫（好奇心重的可自行問度娘），也見過「中國某某科研團隊開發出非常耐用，可充放電25萬次依舊電力十足，可在低至零下40度高至120度穩定工作，將電芯放於明火中也不會發生起火爆炸等危險的石墨烯電池。」撇開真實性，這種「實驗環境」的石墨烯鈕扣電池，和可以商用的電池之間還有成本、工藝和安全性好幾座大山呢——不能因為誰管宿舍管的好，就認為他一定是個好總統吧？饒是膽子比較大的廠商也只敢在電池這種成本不高，壞了就換的原件上忽悠石墨烯概念，不敢直接拿汽車電池炒概念——汽車電池尺碼更大，驅動力、穩定性、續航和安全性都是「致命」的話題，所以，您明白了當墨烯手機能鋪天蓋地的忽悠，還真沒多少人炒作石墨烯汽車吧。
加入收藏